Principles of gait encoding in the subthalamic nucleus of people with Parkinson’s disease

丘脑底核 物理医学与康复 帕金森病 步态 神经科学 疾病 步态障碍 心理学 计算机科学 医学 脑深部刺激 病理
作者
Yohann Thenaisie,Kyuhwa Lee,Charlotte Moerman,Stefano Scafa,Andrea Gálvez,Elvira Pirondini,Morgane Burri,Jimmy Ravier,Alessandro Puiatti,Ettore Accolla,Benoît Wicki,André Zacharia,Mayte Castro Jiménez,Julien F. Bally,Grégoire Courtine,Jocelyne Bloch,Eduardo Martin Moraud
出处
期刊:Science Translational Medicine [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:14 (661) 被引量:29
标识
DOI:10.1126/scitranslmed.abo1800
摘要

Disruption of subthalamic nucleus dynamics in Parkinson’s disease leads to impairments during walking. Here, we aimed to uncover the principles through which the subthalamic nucleus encodes functional and dysfunctional walking in people with Parkinson’s disease. We conceived a neurorobotic platform embedding an isokinetic dynamometric chair that allowed us to deconstruct key components of walking under well-controlled conditions. We exploited this platform in 18 patients with Parkinson’s disease to demonstrate that the subthalamic nucleus encodes the initiation, termination, and amplitude of leg muscle activation. We found that the same fundamental principles determine the encoding of leg muscle synergies during standing and walking. We translated this understanding into a machine learning framework that decoded muscle activation, walking states, locomotor vigor, and freezing of gait. These results expose key principles through which subthalamic nucleus dynamics encode walking, opening the possibility to operate neuroprosthetic systems with these signals to improve walking in people with Parkinson’s disease.
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