Нейронная активность субталамического ядра при реализации произвольных движений у пациентов с болезнью Паркинсона
- Авторы: Филюшкина В.И.1, Белова Е.М.1, Усова С.В.1, Томский А.А.2, Седов А.С.1
-
Учреждения:
- Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
- Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко Минздрава России
- Выпуск: Том 18, № 4 (2023)
- Страницы: 664-666
- Раздел: Материалы конференции
- URL: https://journal-vniispk.ru/2313-1829/article/view/256353
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623404
- ID: 256353
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
Аннотация
Микроэлектродная регистрация (MER) активности отдельных нейронов во время операции по вживлению электродов для глубинной стимуляции мозга (DBS) позволяет определить границы субталамического ядра (STN), а также изучить нейронную активность в покое при выполнении произвольных движений у пациентов с болезнью Паркинсона (БП). Несмотря на высокую эффективность стимуляции STN, точная функциональная роль этой структуры в двигательном контроле до конца не ясна.
Мы зарегистрировали нейронную активность STN у 16 пациентов с БП во время имплантации DBS электрода. Одновременно с активностью нейронов были записаны электромиограммы мышц предплечья и фонограмма с голосовыми командами. Пациенты выполняли двигательные тесты — сжимали кисть в кулак. В общей сложности 93 (16,6%) из 560 исследованных нейронов реагировали на движения. Мы разделили зарегистрированные нейроны на 3 паттерна методом иерархической кластеризации гистограмм плотности межимпульсных интервалов: тонический, нерегулярно-пачечный и пачечно-паузный паттерны.
Мы классифицировали сенситивные нейроны в соответствии с типами реакций: активационные (76,9%) и тормозные (23,1%). В 90% случаев активационная реакция нейронов опережала движение. 53,8% ответов были тоническими, а 46,2% — фазическими. Две трети тормозных реакций были опережающими, возникая за 0,2–0,3 с до начала движения, одна треть нейронов активировалась после начала движения с временной задержкой от 0,05 до 0,2 с. 83,3% тормозных нейронов реагировали тонически, а 16,7% — фазически. Все фазические реакции предшествовали движению.
При сравнении показателей сенситивных и несенситивных нейронов был обнаружен ряд отличий. Среди обоих типов нейронов были обнаружены все три описанных паттерна активности, однако среди сенситивных нейронов паузно-пачечные нейроны были представлены шире (57,9% против 49,5%). Более того, нерегулярно-пачечный и пачечно-паузный нейроны, реагирующие на движения, имели значительно меньшую дисперсию нескольких параметров активности, включая частоту разрядов, пачечный индекс, среднюю длину пачки и индекс осцилляций в диапазоне 8–12 и 12–20 Гц. Мы также проанализировали распределение сенситивных нейронов в толще субталамического ядра вдоль траектории движения электрода. По сравнению с несенситивными, сенситивные нейроны располагались значимо дорсальнее, причём сенситивные паузные нейроны практически не встречались в вентральной половине STN.
На основании полученных результатов можно предположить, что паузный паттерн играет важную роль как в двигательном контроле, так и в его нарушениях при БП. Большое разнообразие характеристик наблюдаемых реакций указывает на высокую гетерогенность STN-нейронов, участвующих в двигательном контроле. Существование как запаздывающих, так и опережающих нейронных реакций указывает на участие STN как в подготовке, так и в инициировании движения, а также в контроле текущих движений посредством афферентной обратной связи. Разнообразие нейронных реакций согласуется с динамической моделью базальных ганглиев, утверждающей, что STN может играть различные функциональные роли на разных этапах движения: инициации, контроля, завершения.
Ключевые слова
Полный текст
Микроэлектродная регистрация (MER) активности отдельных нейронов во время операции по вживлению электродов для глубинной стимуляции мозга (DBS) позволяет определить границы субталамического ядра (STN), а также изучить нейронную активность в покое при выполнении произвольных движений у пациентов с болезнью Паркинсона (БП). Несмотря на высокую эффективность стимуляции STN, точная функциональная роль этой структуры в двигательном контроле до конца не ясна.
Мы зарегистрировали нейронную активность STN у 16 пациентов с БП во время имплантации DBS электрода. Одновременно с активностью нейронов были записаны электромиограммы мышц предплечья и фонограмма с голосовыми командами. Пациенты выполняли двигательные тесты — сжимали кисть в кулак. В общей сложности 93 (16,6%) из 560 исследованных нейронов реагировали на движения. Мы разделили зарегистрированные нейроны на 3 паттерна методом иерархической кластеризации гистограмм плотности межимпульсных интервалов: тонический, нерегулярно-пачечный и пачечно-паузный паттерны.
Мы классифицировали сенситивные нейроны в соответствии с типами реакций: активационные (76,9%) и тормозные (23,1%). В 90% случаев активационная реакция нейронов опережала движение. 53,8% ответов были тоническими, а 46,2% — фазическими. Две трети тормозных реакций были опережающими, возникая за 0,2–0,3 с до начала движения, одна треть нейронов активировалась после начала движения с временной задержкой от 0,05 до 0,2 с. 83,3% тормозных нейронов реагировали тонически, а 16,7% — фазически. Все фазические реакции предшествовали движению.
При сравнении показателей сенситивных и несенситивных нейронов был обнаружен ряд отличий. Среди обоих типов нейронов были обнаружены все три описанных паттерна активности, однако среди сенситивных нейронов паузно-пачечные нейроны были представлены шире (57,9% против 49,5%). Более того, нерегулярно-пачечный и пачечно-паузный нейроны, реагирующие на движения, имели значительно меньшую дисперсию нескольких параметров активности, включая частоту разрядов, пачечный индекс, среднюю длину пачки и индекс осцилляций в диапазоне 8–12 и 12–20 Гц. Мы также проанализировали распределение сенситивных нейронов в толще субталамического ядра вдоль траектории движения электрода. По сравнению с несенситивными, сенситивные нейроны располагались значимо дорсальнее, причём сенситивные паузные нейроны практически не встречались в вентральной половине STN.
На основании полученных результатов можно предположить, что паузный паттерн играет важную роль как в двигательном контроле, так и в его нарушениях при БП. Большое разнообразие характеристик наблюдаемых реакций указывает на высокую гетерогенность STN-нейронов, участвующих в двигательном контроле. Существование как запаздывающих, так и опережающих нейронных реакций указывает на участие STN как в подготовке, так и в инициировании движения, а также в контроле текущих движений посредством афферентной обратной связи. Разнообразие нейронных реакций согласуется с динамической моделью базальных ганглиев, утверждающей, что STN может играть различные функциональные роли на разных этапах движения: инициации, контроля, завершения.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Источник финансирования. Работа была выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант № 22-15-00344).
Об авторах
В. И. Филюшкина
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: filyushkina.veronika@gmail.com
Россия, Москва
Е. М. Белова
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Email: filyushkina.veronika@gmail.com
Россия, Москва
С. В. Усова
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Email: filyushkina.veronika@gmail.com
Россия, Москва
А. А. Томский
Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко Минздрава России
Email: filyushkina.veronika@gmail.com
Россия, Москва
А. С. Седов
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Email: filyushkina.veronika@gmail.com
Россия, Москва
Список литературы
Дополнительные файлы
