Cellular Effects of Deep Brain Stimulation: Model-Based Analysis of Activation and Inhibition

Received 14 October 2003; Accepted 2 December 2003; Published online 1 April 2004; Published in print 1 April 2004

Cameron C. McIntyre, Warren M. Grill, et al

¹Department of Biomedical Engineering, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, Maryland 21218

²Department of Biomedical Engineering, Case Western Reserve University, Cleveland, Ohio 44195

脑深部刺激(DBS)是治疗顽固性运动障碍的有效方法。然而，关于 DBS 对电极周围神经元的影响仍然存在根本性的问题。实验研究显示，受刺激的细胞核的活动受到抑制，但投射到投射核的信号却增加了，这两者之间存在明显的矛盾。我们假设细胞体放电并不能准确反映高频细胞外脉冲刺激的神经元的传出输出，而这种胞体和轴突活动的解耦解释了矛盾实验的结果。我们结合临床 DBS 电极的有限元模型和丘脑皮层(TC)中继神经元的多房室电缆模型进行刺激研究。

电极产生的电势和刺激突触前终端引起的兴奋性和抑制性跨突触输入的分布都被应用于TC中继神经元。神经元对DBS的反应主要取决于轴突相对于电极的位置和方向以及刺激参数。直接激活TC中继神经元的亚阈值刺激在刺激序列中导致由突触前终端的激活介导的固有放电（强直或爆发）活动受到抑制。阈值以上的刺激在体细胞中引起固有放电的抑制，但在轴突中以刺激频率产生传出输出。细胞体和轴突的这种独立性解决了关于DBS效应的明显矛盾的实验结果。反过来，本研究的结果支持刺激诱导的病理网络活动调节作为DBS治疗机制的假说。

原文：Cellular Effects of Deep Brain Stimulation: Model-Based Analysis of Activation and Inhibition

译文：脑深部刺激的细胞效应：基于模型分析的激活和抑制