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
- Статья получена: 15.11.2023
- Статья одобрена: 17.11.2023
- Статья опубликована: 15.12.2023
- URL: https://genescells.ru/2313-1829/article/view/623404
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623404
- ID: 623404
Цитировать
Полный текст
![Открытый доступ](https://genescells.ru/lib/pkp/templates/images/icons/text_open.png)
![Доступ закрыт](https://genescells.ru/lib/pkp/templates/images/icons/text_unlock.png)
![Доступ закрыт](https://genescells.ru/lib/pkp/templates/images/icons/text_lock.png)
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
![](/img/style/loading.gif)