Subtalamička jezgra je skup neurona koji se nalaze u mozgu većine sisavaca, uključujući ljude. Dio je bazalnih ganglija, skupa neuronskih jezgri koje pomažu u koordinaciji voljnih pokreta. Sinkronizirano aktiviranje subtalamičkih jezgri i susjednih neurona globusa pallidusa funkcioniraju kao pejsmejker čitavih bazalnih ganglija, a neophodni su za stabilnu kontrolu pokreta u udovima. Povećana abnormalna aktivnost subtalamičke jezgre javlja se kod poremećaja kretanja poput Parkinsonove bolesti i rjeđe bolesti zvane hemibalizam.
Bazalni gangliji mozga uključuju subtalamičku jezgru zajedno sa srodnim regijama kao što su prugasta i crna supstancija. Sve ove jezgre umjerene su putove u mozgu koji su važni za kontrolu voljnih pokreta. Oni su ekscitatorni, što znači da djeluju tako što pobuđuju neurone na električni pogon. Uz mali mozak, koji kontrolira kretanje putem inhibicije, bazalni gangliji su jedna od dvije glavne regije koje se bave izvršavanjem voljnih pokreta. Subtalamske jezgre anatomski su bliske talamusu i komuniciraju s njim, pa otuda i njihov naziv.
Funkcionalno, subtalamička jezgra je usko povezana s globus pallidusom, obližnjim područjem bazalnih ganglija. Ove neuronske skupine su pejsmejkeri, što znači da se međusobno aktiviraju sinkronizirano i tako pobuđuju sve neurone s kojima su povezani. U bazalnim ganglijama primata subtalamske jezgre primaju povratnu informaciju od neurona moždane kore koji usmjeravaju svojevoljno kretanje. Stoga je dio puta koji povezuje planiranje pokreta u korteksu s dijelovima mozga koji kontroliraju njegovo mišićno izvođenje.
Abnormalna aktivnost subtalamičke jezgre također je uključena u motoričku disfunkciju Parkinsonove bolesti. Istraživači su primijetili da uništavanje ovog područja uslijed moždanog udara i drugih ozljeda obično poboljšava kretanje pacijenata. Za liječenje Parkinsonove bolesti, neki su neurokirurzi razvili postupak osmišljen da oponaša dobre učinke ovog oštećenja subtalamičke jezgre. Nazvana stimulacija dubokog mozga, postiže se kirurškim postavljanjem elektroda u bazalne ganglije, korištenjem električnih impulsa za ometanje odabrane neuronske aktivnosti u određenim područjima. Neka klinička ispitivanja pokazala su da je postupak učinkovitiji medicinski tretman u bolesnika s teškim simptomima Parkinsonove bolesti.
Hemibalizam je vrlo rijedak poremećaj kretanja karakteriziran nasilnim zamahom ruke na jednoj strani tijela. Obično je posljedica oštećenja subtalamičke jezgre, iako smrt stanica u drugim dijelovima bazalnih ganglija može uzrokovati blaže oblike njegovih simptoma. Svaka neurološka bolest koja napada jezgre koje utječu na svojevoljno kretanje može potencijalno uzrokovati hemibalizam. Može biti posljedica nedostatka kisika zbog moždanog udara ili traume. Ozbiljnost hemibalizma ovisi o opsegu staničnog oštećenja.