底丘脑核subthalamic nucleus，STN又称Luys体，为扁平卵圆形的灰质块；在冠状切面上，呈双凸透镜形，位于乳头体背外侧，紧贴内囊后肢内侧缘和大脑脚底上部的背内侧面。底丘脑核的背内侧是豆核束的延续，即H2区；下部位于脚底的背面，后端伸至底丘脑与中脑被盖的移行区，与黑质的上端相续，居黑质前端的背外侧。核的周围有一密集的纤维囊，其部分纤维止于此核（图4-4）。

（1）中央前运动皮层和额叶其他区域。

（2）苍白球外侧部（GPe）。

（3）脑干脚桥被盖核（PPN）。

（4）非重要的纤维：来自中脑中缝核、丘脑的中央正中核/束旁核复合体（CM-Pf）、蓝斑及黑质致密部（SNc）。

根据皮质-底丘脑核投射将底丘脑核特殊的功能亚区、较大的背外侧区与皮质感觉运动区联系；较小的腹内侧区与联络性区域有关。背外侧区对躯体感觉刺激有反应，与控制骨骼肌运动有关。腹内侧区在视觉刺激和眼球运动时被活化，与眼球运动和运动行为的联合协调方面有关。

底丘脑核内侧的喙部接受边缘系统和苍白球腹侧（连合下）的投射，苍白球外侧核是底丘脑核皮皮下最大的传入纤维来源，为抑制性GABA能投射。目前认为，兴奋性的皮层-底丘脑核通路和抑制性的苍白球外侧核-底丘脑核通路是底丘脑核主要的调节结构，以后者更为重要。

底丘脑核发出纤维投射至苍白球内侧部和外侧核、黑质网状部和致密部、壳核以及脑干脚桥被盖核。底丘脑核传出纤维穿过内囊，进入苍白球内侧部的尾侧部，继而呈放射状进入苍白球的各个部位。大量投射纤维与苍白球的髓板平行排列。刺激底丘脑核能提高黑质网状部和苍白球内侧部的放电活动，而抑制底丘脑核导致同侧黑质网状部、脚内核、苍白球（大鼠）和黑质网状部、苍白球内侧部（猴）神经元的放电活动减少，改变放电模式。故可能调节整个基底神经核输出系统。

投射至猴尾状核和壳核的神经元基本集中在底丘脑核的联合区和感觉运动相关区域。

底丘脑核是一个中继站，作为上行性基底核-丘脑-皮质回路中的闸门参与运动减少。通过电生理实验研究发现，底丘脑核的背内侧区代表腿部，腹外侧区代表面部，上肢部位于两者之间。上肢代表区范围较大，扩展于核团的吻尾轴线，所以底丘脑核毁损后常单独累及下肢或合并上肢，而只累及上肢者则罕见。

底丘脑核对黑质致密部神经元放电活动有直接调节作用。底丘脑核通过Glu刺激NM-DA受体，对黑质致密部的DA神经元发挥兴奋效应，直接引起黑质致密部爆发型放电。但有研究发现，对于底丘脑核的投射，黑质致密部神经元有兴奋或抑制两种不同的反应。将bicuculline微量注射至底丘脑核，可以导致黑质致密部的双向或混和性反应，其中一半神经元的放电频率增加，另一半表现为减少。黑质网状部的侧支纤维可能与此混和反应有关。

微刺激底丘脑核，黑质致密部的DA能神经元产生单突触兴奋性突触后电位（EPSPs），提示黑质致密部的DA能神经元接受来自底丘脑核的Glu能单突触投射。近来，有报道用神经外科手术刺激底丘脑核治疗帕金森病。