Nucleul subtalamic este un grup de neuroni care se găsesc în creierul majorității mamiferelor, inclusiv al oamenilor. Face parte din ganglionii bazali, o colecție de nuclei neuronali care ajută la coordonarea mișcării voluntare. Tragerea sincronizată de către nucleii subtalamici și de către neuronii vecini ai globului pallidus funcționează ca stimulator cardiac al întregului ganglion bazal și este necesar pentru controlul stabil al mișcării membrelor. Activitatea anormală crescută a nucleului subtalamic apare în tulburările de mișcare, cum ar fi boala Parkinson și boala mai rară numită hemibalism.
Ganglionii bazali ai creierului includ nucleul subtalamic împreună cu regiuni înrudite precum striatul și substanța neagră. Toate aceste nuclee moderează căile din creier care sunt importante pentru controlul mișcării voluntare. Sunt excitatori, ceea ce înseamnă că lucrează excitând neuronii să se declanșeze electric. Alături de cerebel, care controlează mișcarea prin inhibiție, ganglionii bazali este una dintre cele două regiuni principale preocupate de executarea mișcării voluntare. Nucleii subtalamici sunt apropiati anatomic de talamus si comunica cu acesta, de unde si denumirea lor.
Din punct de vedere funcțional, nucleul subtalamic este strâns asociat cu globus pallidus, o regiune apropiată a ganglionilor bazali. Aceste grupuri neuronale sunt stimulatoare cardiace, ceea ce înseamnă că se declanșează sincronizate unele cu altele și astfel excită orice neuroni la care sunt conectați. În ganglionii bazali de primate, nucleii subtalamici primesc feedback de la neuronii cortexului cerebral care direcționează mișcarea voluntară. Astfel, face parte din calea care leagă planificarea unei mișcări în cortex cu părțile creierului care controlează execuția musculară a acestuia.
Activitatea anormală a nucleului subtalamic a fost, de asemenea, implicată în disfuncția motorie a bolii Parkinson. Cercetătorii au observat că distrugerea acestei zone din cauza accidentului vascular cerebral și a altor leziuni a îmbunătățit de obicei mișcarea pacienților. Pentru tratamentul Parkinson, unii neurochirurgi au dezvoltat o procedură menită să imite efectele bune ale acestei leziuni la nivelul nucleului subtalamic. Denumită stimulare a creierului profund, se realizează prin plasarea chirurgicală a electrozilor în ganglionii bazali, folosind pulsuri electrice pentru a perturba activitatea neuronală selectată în anumite zone. Unele studii clinice au indicat că procedura a fost un tratament medical mai eficient la pacienții cu simptome severe de Parkinson.
Hemibalismul este o tulburare de mișcare foarte rară, caracterizată prin mișcări violente de aruncare a brațului pe o parte a corpului. De obicei, rezultă din deteriorarea nucleului subtalamic, deși moartea celulară în alte părți ale ganglionilor bazali poate provoca forme mai ușoare ale simptomelor acestuia. Orice boală neurologică care atacă nucleii care efectuează mișcarea voluntară poate provoca hemibalism. Poate rezulta din lipsa de oxigen din cauza accidentului vascular cerebral sau a traumei. Severitatea hemibalismului depinde de amploarea leziunilor celulare.