A biophysical model of the cortex-basal ganglia-thalamus network in the 6-OHDA lesioned rat model of Parkinson’s disease
Received 01 October 2015; Revised 08 December 2015; Accepted 03 February 2016; Published 11 February 2016; Issue Date: April 2016
Karthik Kumaravelu, David T. Brocker & Warren M. Grill
Department of Biomedical Engineering, Duke University, 136 Hudson Hall, Box 90281, Durham, NC, 27708, USA
对皮质下脑区(基底神经节)的电刺激,即所谓的脑深部刺激(DBS)是治疗帕金森病(PD)的有效方法。在丘脑底核(STN)或苍白球内部(GPi)的慢性高频(HF)DBS可以减少PD患者的运动症状,包括运动迟缓和震颤。但人们对于DBS的治疗机制并不完全清楚。我们开发了一个生物物理网络模型,包括了代表健康和帕金森病大鼠大脑的皮质-基底神经节-丘脑闭环回路。通过比较皮层(CTX)刺激诱发基底神经节(BG)核的反应和已公布的实验结果验证了该模型的网络特性。该模型的一个关键特性是产生低频网络振荡。与其假定的病理作用相一致,在帕金森病状态下模型BG神经元的低频振荡比健康状态下的低频振荡要严重。我们使用该模型来量化STN DBS在不同频率下抑制GPi低频振荡活动的效果。小于40赫兹的刺激频率是无效的,刺激频率在50赫兹和130赫兹之间时,低频振荡程度逐渐下降,而在高于150赫兹的刺激频率下达到饱和。高频STN DBS通过刺激和抑制GPe/GPi神经元的放电来抑制GPe/GPi的病理性振荡,而且高频刺激影响的GPe/GPi神经元数量比低频刺激大。与对病理振荡的频率依赖性抑制相似,STN DBS也以频率依赖性的方式使CTX刺激诱发的异常GPi放电正常化,其中高频刺激是最有效的。因此,治疗性高频STN DBS通过影响BG输出核中更大比例的神经元的活动,有效地抑制了病理性活动。
原文:A biophysical model of the cortex-basal ganglia-thalamus network in the 6-OHDA lesioned rat model of Parkinson’s disease
译文:6-OHDA 病变的帕金森病大鼠模型中大脑皮层-基底神经节-丘脑网络的生物物理模型