background image

 

Physiology

 

Dr. Basim Mohamad Alwan

                          

Lecture (7)

 

THE THALAMUS 

The two thalami are large avoid masses of gray matter situated at the lateral 

walls of the third ventricle, one on each side. They are interconnected by a 

short  communicating  bar  of  white  matter  (Massa  intermedia)  which 

traverses the third ventricle. Thalamus operates in close association with 

cerebral cortex, so both are sometimes called thalamo-cortical system. 

All the nervous signals which go to the cerebral cortex pass first through 

and  relay  in  the  thalamus.  That  is  why  the  thalamus  is  sometimes called 

the "secretary of the cerebral cortex ". 

 

ANATOMICAL DIVISIONS OF THE THALAMUS 

In each thalamus there are 5 groups of nuclei: 

 

FUNCTIONAL DIVISIONS OF THE THALAMUS 

Functionally, the thalamic nuclei could be classified into four categories: 

 [I] Specific projection nuclei (cortical relay nuclei): 

a.  Ventral  posterolateral  nucleus  (VPL),  which  is  the  site  of 

relay of the somatic sensory pathways from the trunk and limbs 

b.  Ventral  posteromedial  nucleus  (VPM),  which  is  the  site 


background image

 

of relay of the trigeminal sensory pathway from the head

c.  Medial  geniculate  body  (MGB);  site  of  relay  of  the  auditory 

pathway. 

d. Lateral geniculate body (LGB): site of relay of the visual pathway. 

AFFERENT  CONNECTIONS:  From  the  medial,  spinal  and  trigeminal 

lemnisci, optic tract, auditary pathways. 

EFFERENT  CONNECTIONS:  Specific  thalamic  projection  system  to 

specific  points  in  the  somatic  audio  and  visual  sensory  areas  of  the 

cerebral cortex. 

[II] Nonspecific projection nuclei: 

a.  Intralaminar and midline nuclei. 

b.  Ventroanterior nucleus. 

c. 

Anterior nuclei. 

AFFERENT  CONNECTIONS:  From  the  ascending  reticular  activating 

system (ARAS), and the paleospinothalamic tracts. 

EFFERENT CONNECTIONS: Nonspecific thalamic projection fibers to 

all parts of the cerebral cortex. The anterior nuclei are connected to the 

hypothalamus and limbic system. 

 [III] Association nuclei: 

a.  Dorsolateral nucleus. 

b.  Posterolateral nucleus. 

AFFERENT CONNECTIONS: From other thalamic nuclei 

EFFERENT  CONNECTIONS:  Posterolateral  nucleus  projects  to 

prefrontal  cortical  area,  while  the  dorsolateral  nucleus  projects  to  the 

cortical association areas. 

 [IV] Motor nuclei: 

The most important of these is the ventrolateral nucleus VL 

AFFERENT CONNECTIONS: From the basal ganglia and cerebellum. 

EFFERENT CONNECTIONS: The motor cortex. 


background image

 

 

 

 

 

FUNCTIONS OF THE THALAMUS 

1. It  is  a  relay  station  for  all  the  sensory  pathways  in  their  way  to  the 

cerebral  cortex  except  olfaction.  Sensory  signals  are  processed  in  the 

thalamus  before  reaching  the  cortex  (thalamus  is  the  secretary  of  the 

cortex). 

2. It  acts  as  a  final  sensory  center  for  conscious  perception  of  some 

sensations:  i.e.  slow  pain,  high  or  low  grades  of  temperature  and  crude 

touch. 

3. Facilitation  of  the  cerebral  cortex,  raising  its  excitability  up  to  the 


background image

 

level  necessary  to  do  all  cerebral  functions.  Without  the  thalamus,  the 

cerebral  cortical  functions  are  markedly  depressed.  The  cerebral  cortex 

and  thalamus  are  sometimes  considered  as  one  unit  called  "the 

thalamocortical system". 

4. Identification  of  the  stimulus  affect  (pleasant  or  unpleasant),  and 

controlling  the  emotional  and  motor  reactions  to  it.  This  is  done  in 

collaboration  with  the  cerebral  cortex,  the  limbic  system  and 

hypothalamus 

5. It is part of the limbic circuit which is concerned with recent memory 

and memory search. 

6. It  is  part  of  the  caudate  and  putamen  circuits  which  control  the 

motor activity 

7. It  is  involved  in  control  of  high  intellectual  cortical  functions  and 

the behavior and personality through its connections with  the cortical 

association areas and with the prefrontal cortical areas respectively. 

 

THE THALAMIC SYNDROME 

(The thalamic hypersthetic anesthesia) 

The  most  common  cause  of  this  syndrome  is  thrombosis  of  the 

thalamogeniculate artery which is a branch of the posterior cerebral artery. 

This  leads  to  degeneration  of  the  posterior  and  ventral  parts  of  the 

thalamus.  The  manifestations  which  appear  on  the  contralateral  side of 

the lesion include: 

 

SENSORY EFFECTS 

First, there is complete hemi anesthesia at the onset of the disease except the 

upper  part  of  face  sensation  is  retained.  Few  weeks  later  protopathic 

sensation  (primitive  sensations  which  include  crude  touch,  slow  pain 

and  high  or  low  temperatures)  are  recovered.  The  threshold of pain is 

elevated but gives very unpleasant severe agonizing pain when it is reached, 


background image

 

exaggerated  central  effect.  Epicritic  sensations  (fine  sensations,  which 

include fine touch, proprioceptive sensations and intermediate grades 

of temperature) are permanently and irreversibly lost. 

 

MOTOR EFFECTS 

The damage of the ventrolateral nucleus (main motor nucleus) leads to loss 

of cereberllar and basal ganglion control on the motor cortical areas. There is 

hemiparesis  (weakness  of  the  muscles),  hemiataxia  and  choreoathetoid 

movements. 

  

SENSORY FUNCTIONS OF THE CEREBRAL CORTEX 

The cerebral cortex is the highest center for conscious perception of fine 

sensations.  Crude  sensations  such  as  slow  pain,  temperature  and  crude 

touch  can  be  perceived  at  a  lower  level  in  the  thalamus.  Somatic 

sensations  are  perceived  in  the  parietal  lobe,  visual  sensations  are 

perceived in the occipital lobe and auditory sensations in the temporal lobe.     

There are three somatic sensory areas in the cerebral cortex; 

The  primary  somatic  sensory  area  (SI),  the  secondary  somatic 

sensory area (SII) and the somatic sensory association area. 

 

THE PRIMARY SOMATIC SENSORY AREA (SI):  

This  area  is  located  in  the  post  central  gyrus  of  the  parietal  lobe 

(Brodmann areas 3, 1 and 2) (Fig. 7-1). It receives projection fibers from 

the ventrobasal complex of the thalamus (VPLN and VPMN). 

 In this area, there are the final sensory neurons of the somatic sensory 

pathways of fine sensations. 

BODY  REPRESENTATION:  It  is  crossed  and  inverted  representation 

(Fig. 7-2). The upper half of the face is bilaterally represented. 

 Crossed representation means that each half of the body is represented on the 


background image

 

contralateral cerebral hemisphere. 

 Inverted representation means that upper parts of the body are represented in the 

lower part of the cortex and lower parts of the body in upper part of the cortex. 

 

Figure 7-1: Map of Brodmann areas of the cerebral cortex

.  

The  area  of  representation  of  each  part  is  proportional  to  the  number  of 

receptors  in  this  part,  not  to  its  size,  e.g.  the  lips  and  thumb  are 

represented  by  relatively  large  areas,  whilst  the  trunk  is  represented  by 

relatively small area. 

 

Figure 7 - 2: Body representation in the postcentral sensory gyrus  

Cells in the sensory cortex are arranged in columns projecting inwards from 

the surface. Points in the cortex that represent a certain area of the body 

contain  several  columns  each  column  is  specialized  in  perception  of  a 


background image

 

specific sensory modality. So, modality representation is included within 

the topographic representation. 

Topographic areas of representation are not permanent or unchangeable, 

but can be changed and modified so if a finger is amputated, the cortical 

representation  of  the  neighboring  fingers  creep  into  the  area  of  the 

amputated finger. 

FUNCTIONS:  The  primary  somatic  sensory  area  is  essential  for  the 

perception of: 

1. Fine touch sensation, i.e. tactile localization and discrimination. 

2. Localization of pain and temperature sensations, SI is not essential for 

the perception of pain and temperature sensations, it is only  needed  for their 

accurate localization. 

3. Intensity discrimination of different stimuli. 

4. Texture of material. 

5. Proprioception; static and dynamic.  

SI area projects connection fibers to the secondary somatic sensory area  (SII) 

and to the somatic sensory association area for interpreting the meaning and 

significance of the sensory information; e.g stereognosis. 

 

THE SECONDARY SOMATIC SENSORY AREA (SII) 

LOCATION:  In  the  supramarginal  gyrus  (Brodmann  area  40),  behind  the 

lower part of SI. 

BODY  REPRESENTATION:  Bilateral  representation  with  poor 

topographic  representation.  The  head  area  is  generally  in  the  anterior  part 

and the leg area in the posterior part. 

SII receives connection fibers which convey input signals from SI, the visual 

and auditory cortical sensory areas, and the thalamic nuclei on both sides of 

the body. 

FUNCTIONS: SII is a potentiator of SI. It cannot work independent of  SI. 


background image

 

SI,  however,  can  carry  out  its  functions  without  SII.  So,  SI  can  work 

without SII, but the opposite is not true. 

 

SOMATIC SENSORY ASSOCIATION AREA

 

(SOMATIC INTERPRETATIVE AREA) 

LOCATION:  In  the  posterior  parietal  cortex  (Brodmann  areas  5  and  7), 

behind SI and above SII. 

CONNECTIONS: It receives sensory signals from SI, SII, and the thalamus. 

FUNCTIONS: 

1. It combines all sensory signals to give meaning to the complex sensory 

input. 

2. Stereognosis. This area is the center of stereognosis. 

3.  Spatial  orientation  of  the  body  with  its  surroundings.  The  person 

recognizes  the  position  of  each  part  of  the  body  relative  to  other 

parts and to the surrounding objects. 

4.  Memory.  This  area  is  the  memory  store  of  previous  sensory 

experience. Stimulation of this area produces sensory hallucinations. 

EFFECT  OF 

LESION

:  A  lesion  in  the  somatic  sensory  association  area 

results in: 

1.  Astereognosis,  i.e.  inability  to  identify  objects  by  their  touch,  shape, 

weight and texture. 

2. Autotopagnosialoss of recognition of part or whole contralateral side 

of  the  body.  The  patient  does  not  acknowledge  the  existence  of  the 

affected part and fails to include it in planning of voluntary movement. E.g. 

he  does  not  swing  the  arm  of  the  affected  side  during  walking,  he  puts 

clothes on one side of the body and ignores the other or he shaves only one 

side of his beard.  

3. Impaired memory and decreased intelligence. 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 9 أعضاء و 163 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل