原发性肌张力障碍的异常基底节环路电生理特征及脑深部电刺激调节机制研究

Dysfunction of basal ganglia network has been proved to be involved in the pathogenesis of movement disorders. Both globus pallidus interna (GPi) and subthalamic nucleus (STN) deep brain stimulation (DBS) could effectively alleviate the symptom of primary dystonia. Pathological low frequency oscillation was found in both the STN and the GPi local field potential (LFP), and was associated with the symptom. However, fewer electrophysiological studies based on the level of basal ganglia network and DBS regulation mechanism were further investigated. Here in our study, patients with primary dystonia will undergone bilateral implantation of DBS electrodes into the STN and the GPi. STN-LFP, GPi-LFP, scalp-EEG, EMG are recorded following surgery while the patients are arrest or doing voluntary movement, and under STN/GPi-DBS or non-stimulation. Time-frequency analysis, spectrum coherence analysis, phase coupling and granger causality are used to characterize the local LFP and connectivity among basal ganglia circuit. The aim of this study is to find the electrophysiological evidence of pathogenesis and DBS regulation mechanism in patients with primary dystonia, which will guide the clinical treatment decision and postoperative programming.

基底节运动环路的功能失调在运动障碍疾病的发生过程中起重要作用，对此环路中苍白球内侧部（GPi）、丘脑底核（STN）进行电刺激（DBS），是目前外科治疗原发性肌张力障碍的有效手段。既往研究应用DBS电极分别记录该病患者GPi、STN局部场电位（LFP），发现二者低频段LFP均异常增强且与疾病症状相关，但尚缺乏对该病基于基底节环路水平及DBS调节作用的电生理研究。本研究拟对原发性肌张力障碍患者双侧STN及GPi同时植入DBS电极，记录静息及随意运动状态、DBS刺激与非刺激状态下的深部电极LFP、头皮脑电及肌电信号。通过时频分析、相关分析、因果分析等方法，分析GPi-LFP、STN-LFP及头皮脑电的信号特点、联络程度及信息流动方向，并通过长期随访观察其临床疗效。为肌张力障碍的发病及DBS调节机制提供电生理水平的证据，并为DBS治疗原发性肌张力障碍的临床方案制定提供理论依据。

基底节运动环路的功能失调在运动障碍疾病的发生过程中起重要作用，对此环路中苍白球内侧部（GPi）、丘脑底核（STN）进行电刺激（DBS），是目前外科治疗原发性肌张力障碍的有效手段。既往研究应用DBS电极分别记录该病患者GPi、STN局部场电位（LFP），发现二者低频段LFP均异常增强且与疾病症状相关，但尚缺乏对该病基于基底节环路水平及DBS调节作用的电生理研究。本研究对原发性肌张力障碍患者双侧STN及GPi同时植入DBS电极，记录静息及随意运动状态、DBS刺激与非刺激状态下的深部电极LFP、头皮脑电及肌电信号。分析GPi-LFP、STN-LFP及头皮脑电的信号特点、联络程度，并通过长期随访观察其临床疗效。我们发现，在临床水平上，GPi和STN-DBS均能有效改善肌张力障碍患者的运动症状，且两核团的短期刺激症状改善没有显著差异。电生理分析中， STN和GPi内都可以记录到过度同步化的低频震荡。而在进一步的亚型分析中，我们发现梅杰综合征患者STN核团内低频病理性震荡在DBS刺激后马上消失，而在GPi刺激后并没有发现显著的电信号差异，这可以解释在该病中刺激STN后症状缓解速度大于刺激GPi，同时STN刺激需要更低的刺激参数。肌张力障碍和舞蹈病均为多动性运动障碍疾病，而分析发现舞蹈症状主要与high beta和low gamma频段的能量相关，而肌张力障碍症状则主要与低频振荡能量相关，因此进一步明确了低频震荡和肌张力障碍症状的关系。本课题有助于据此电生理生物标记物开发肌张力障碍闭环电刺激系统。本课题的研究成果为肌张力障碍的发病及DBS调节机制提供了电生理水平的证据，并为DBS治疗原发性肌张力障碍的临床方案制定提供了理论依据。