Coupled Activation of the Hyperdirect and Cerebellothalamic Pathways with Zona Incerta Deep Brain Stimulation

不确定地带 丘脑底核 脑深部刺激 神经科学 刺激 原发性震颤 医学 心理学 核心 内科学 帕金森病 疾病
作者
Clayton S. Bingham,Cameron C. McIntyre
出处
期刊:Movement Disorders [Wiley]
卷期号:39 (3): 539-545 被引量:10
标识
DOI:10.1002/mds.29717
摘要

Abstract Background Deep brain stimulation (DBS) of the subthalamic nucleus (STN) or ventral intermediate nucleus (VIM) are established targets for the treatment of Parkinson's disease (PD) or essential tremor (ET), respectively. However, DBS of the zona incerta (ZI) can be effective for both disorders. VIM DBS is assumed to achieve its therapeutic effect via activation of the cerebellothalamic (CBT) pathway, whereas the activation of the hyperdirect (HD) pathway likely plays a role in the mechanisms of STN DBS. Interestingly, HD pathway axons also emit collaterals to the ZI and red nucleus (RN) and the CBT pathway courses nearby to the ZI. Objective The aim was to examine the ability of ZI DBS to mutually activate the HD and CBT pathways in a detailed computational model of human DBS. Methods We extended a previous model of the human HD pathway to incorporate axon collaterals to the ZI and RN. The anatomical framework of the model system also included representations of the CBT pathway and internal capsule (IC) fibers of passage. We then performed detailed biophysical simulations to quantify DBS activation of the HD, CBT, and IC pathways with electrodes located in either the STN or ZI. Results STN DBS and ZI DBS both robustly activated the HD pathway. However, STN DBS was limited by IC activation at higher stimulus amplitudes. Alternatively, ZI DBS avoided IC activation while simultaneously activating the HD and CBT pathways. Conclusions From both neuroanatomical and biophysical perspectives, ZI DBS represents an advantageous target for coupled activation of the HD and CBT pathways. © 2024 International Parkinson and Movement Disorder Society.
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