Abnormal Neural Activity Recorded from the Deep Brain of Parkinson's Disease and Dystonia Patients

Movement disorders such as Parkinson's diseases and dystonia are caused by abnormal neural activity of the basal ganglia located deep in the brain. The basal ganglia are connected to the cerebral cortex in the brain surface through complex neural circuits. Their basic structure and connections, as well as the dysfunctions in movement disorders, have been examined extensively by using experimental animals. On the other hand, little is known about the human brain that is much more complex in either normal or diseased states.
An international joint research team led by Professor Toru Itakura and Assistant Professor Hiroki Nishibayashi from Wakayama Medical University, Japan, Professor Atsushi Nambu from the National Institute for Physiological Sciences, Japan, and Professor Hitoshi Kita from The University of Tennessee Health Science Center, TN, succeeded, for the first time, in recording cortically induced neural activity of the basal ganglia in patients with Parkinson's disease and dystonia during stereotaxic neurosurgery for the deep brain stimulation (DBS).
This research has been reported in the journal Movement Disorders.
With the consent of patients and based on the ethical guidelines of Wakayama Medical University, the team recorded the neural activity of the globus pallidus, one of the nuclei in the basal ganglia, and examined their activity changes in response to the stimulation of the primary motor cortex. Typical triphasic responses were observed in patients with Parkinson's disease, and enhanced inhibitory responses were observed in a dystonia patient. The results confirmed previous data observed in experimental animals. These results suggest: 1) Cortically evoked neural responses in the basal ganglia can be useful for determining the target location of the DBS electrodes, and 2) Enhanced inhibitory neural responses in the globus pallidus may cause abnormal movements observed in dystonia.

Primeras grabaciones de la corteza cortical inducida por la actividad neuronal de los ganglios basales en la enfermedad de Parkinson y la distonía durante la ECP

Los trastornos del movimiento como la enfermedad de Parkinson y distonías son causadas por la actividad neuronal anormal de los ganglios basales situados en la profundidad del cerebro. Los ganglios basales están conectados a la corteza cerebral a través de complejos circuitos neuronales. Su estructura básica y las conexiones, así como las disfunciones en los trastornos del movimiento, han sido examinados exhaustivamente utilizando animales de experimentación.
Un equipo internacional de investigadores dirigidos por el profesor Toru Itakura junto con el profesor asistente Hiroki Nishibayashi de la Universidad de Medicina de Wakayama, Japón, el profesor Atsushi Nambu, del Instituto Nacional de Ciencias Fisiológicas, Japón, y el profesor Hitoshi Kita de la Universidad de Texas Health Science Center, NY, ha logrado por primera vez, el registro de la actividad cortical inducida por los nervios de los ganglios basales en pacientes con enfermedad de Parkinson y distonía, durante la estimulación cerebral profunda (ECP). Esta investigación ha sido publicada en "Movement Disorders".
Con el consentimiento de los pacientes y en base a las normas éticas de la Universidad de Medicina de Wakayama, el equipo registró la actividad neuronal del globo pálido, uno de los núcleos de los ganglios basales, y se examinaron los cambios de actividad en respuesta a la estimulación de la corteza. Fue observada la típica respuesta trifásica en los pacientes con enfermedad de Parkinson, y en cambio la mejoría de las respuestas inhibitorias se observó en un paciente con distonía. Los resultados confirmaron los datos anteriores observados en animales de experimentación. Estos resultados sugieren que: 1) la respuesta cortical manifiesta puede ser útil para determinar la ubicación de los electrodos durante la estimulación cerebral profunda, y 2) La intensificación de las respuestas neuronales inhibitorias en el globo pálido pueden provocar movimientos anormales observados en la distonía.