Istologicamente il nucleo caudato è costituito da piccole cellule multipolari o fusate (recettrici o associative) e da cellule più voluminose (effetrici), ad elevata densità.La sua fisiologia comprende numerose afferenze, connessioni internucleari ed effererenze così riassunte:-Afferenze al nucleo caudato: quasi tutte le afferenze ai nuclei della base terminano a questo livello o più in generale allo striato. Esso riceve afferenze a due fonti principali, la corteccia cerebrale ed i nuclei intralaminari del talamo. Le afferenze più importanti, le proiezioni corticostriate, provengono dalla corteccia cerebrale. Le fibre che compongono queste proiezioni si originano da tutta la corteccia cerebrale, comprese aree motrici, sensoriali, associative e limbiche, e terminano allo strato in maniera topografica, questo significa che il nucleo caudato è implicato nel controllo dei movimenti oculari ed in certe funzioni cognitive, mentre il putamen è più coinvolto in altre funzioni motorie. Allo stesso modo le afferenze provenienti dai nuclei intralaminari del talamo sono organizzate in tale maniera.-Connessioni internucleari: le cellule che ricevono afferenze al neostriato proiettano sul globus pallidus (via striatopallidale) e alla substanzia nigra (via strionigrale).L'organizzazione di queste proiezioni è tale per cui ogni parte del neostriato proietta a parti specifiche del globus pallidus e della substantia nigra, e di conseguenza lo stesso vale per la corteccia. A sua volta la pars compacta della substantia nigra proietta un'importante via dopaminergica sul neostriato.-Efferenze del nucleo caudato: il nucleo caudato non è direttamente coinvolto in vie dirette; che coinvolgono piuttosto principalmente i restanti gangli della base, le cui principali efferenze costituiscono fibre strio-pallidali, fibre alla sostanza nigra, ai nuclei talamici ed al nucleo subtalamico.Diversamente da altri componenti del sistema dei gangli della base, il nucleo caudato è implicato in circuiti che non implicano solamente funzioni di movimento, tuttavia anche queste ultime rivestono un ruolo fondamentale:-Circuito oculo-motore: i campi oculari frontali e diverse aree corticali proiettano al corpo del nucleo caudato che, a sua volta, proietta sia al collicolo superiore sia che, attraverso il talamo, ai campi oculari frontali. Questo circuito è implicato nel controllo dei movimenti oculari saccadici.-Circuito della corteccia prefrontale dorsolaterale: la corteccia prefrontale dorsolaterale ed altre aree associative proiettano alla parte dorslaterale della testa del caudato che, a sua volta, proietta attraverso il talamo alla corteccia prefrontale dorsolaterale. Questo circuito è probabilmente implicato in quegli aspetti della memoria che concernono l'orientamento nello spazio.-Circuito della corteccia orbitofrontale laterale: questo circuito mette in connessione la corteccia orbitofrontale laterale con la regione ventromediale del caudato. Si ritiene che sia implicato nei meccanismi che modificano l'atteggiamento comportamentale.Neurotrasmettitori: il sistema complesso dei gangli della base, e tra essi quindi anche il nucleo caudato, utilizza una serie di neurotrasmettitori che permettono di realizzare l'integrazione tra i vari componenti anatomici che sono necessari per un corretto funzionamento (vedi schema). Tra i più importanti ci sono il glutammato, il GABA, la dopamina, l'acetilcolina, e la serotonina.Il glutammato è il trasmettitore delle proiezioni eccitatorie cortico-striatali e dei neuroni eccitatori del nucleo subtalamico. Il GABA è il neurotrasmettitore inibitorio dei neuroni di proiezione dello striato, del pallido e della substantia nigra (pars reticolata). L'acetilcolina (Ach), nota da tempo come neurotrasmettitore della giunzione neuromuscolare ed dei gangli vegetativi, è attiva fisiologicamente anche nei gangli della base. La concentrazione maggiore di acetilcolina, come pure di colina acetilasi e acetilcolinesterasi (gli enzimi necessari rispettivamente per la sintesi e la degradazione dell'Ach), si riscontra nello striato. Essa ha un effetto misto, ma prevalentemente eccitatorio, sui più numerosi neuroni spinosi, situati nel putamen, che rappresentano l'origine principale della via diretta e indiretta.La via diretta è costituita dalle proiezioni dello striato al segmento interno del globus pallidus e dalla pars reticolata della substantia nigra (che formano l'uscita dei gangli della base) che a loro volta proiettano al talamo.La via indiretta, che è costituita dal circuito che dal neostriato si porta al segmento esterno del globus pallidus e quindi al nucleo subtalamico. A sua volta, questo nucleo proietta ad entrambi i segmenti del gobus pallidus e alla substantia nigra.Fra i neurotrasmettitori, la dopamina ha il ruolo più ampio nel funzionamento dei gangli della base. Le aree più ricche di dopamina sono la substantia nigra, nell'ambito della quale viene sintetizzata dai corpi cellulari dei neuroni della pars compacta, e le terminazioni di queste fibre nello striato.La dopamina ha azioni sia eccitatorie che inibitorie in parte non del tutto ancora chiarite. Essa agirebbe con funzione eccitatoria sulla via diretta, costituita dai neuroni striatali che utilizzano come neurotrasmettitore il GABA e la sostanza P e proiettano a neuroni efferenti dei nuclei della base, mentre agirebbe con funzione inibitoria sulla via indiretta, che utilizza il GABA e l'encefalina e proietta al segmento esterno del globus pallidus.Poiché la via diretta facilita il movimento in quanto determina l'eccitamento dei neuroni dell'area motrice supplementare, mentre la via indiretta esplica l'azione opposta, la dopamina faciliterebbe il movimento agendo su entrambe le vie. Il profilo della sindrome motoria piramidale, com'è conosciuta oggi, venne delineato per la prima volta nel 1912 da S.A.K.Wilson nella malattia che oggi porta il suo nome e che conduce ad un'alterazione visibile del putamen. In generale, i disturbi motori possono essere considerati dipendenti da disturbi primari funzionali (o sintomi negativi) ed effetti secondari (sintomi positivi), questi ultimi legati alla liberazione o disinibizione di porzioni di sistema nervoso rimaste intatte.Tra i sintomi classicamente considerati negativi si annoverano: ipocinesia e bradicinesia: con il termine di ipocinesa/acinesia si intende una mancata tendenza del paziente ad utilizzare a parte del corpo colpita ed a servirsene liberamente per tutti i movimenti naturali del corpo. Può essere presente una certa lentezza nell'avvio e nell'esecuzione del movimento. A differenza della paralisi, la forza del segmento non risulta significativamente diminuita.Il termine di bradicinesia definisce invece la lentezza più che l'assenza del movimento, rappresenta probabilmente un altro aspetto della stessa difficoltà fisiologica. Può essere presente una certa lentezza nell'avvio e nell'esecuzione del movimento. Questa difficoltà può essere spiegata da un punto di vista fisiopatologico da qualsiasi sostanza o processo in grado di interrompere il circuito cortico-striatopallido-talamico.Il pensiero dell'azione rimane comunque intatto nella sua formulazione (bradifrenia assente).Tremore: si definisce come l'oscillazione ritmica ed involontaria di un segmento.