艾比·霍尔特。;Netoff，Theoden I。 帕金森病计算模型中振荡的起源和抑制。 （英语） Zbl 1409.92041号 J.计算。神经科学。 37，第3期，505-521（2014）. 摘要：脑深部刺激（DBS）对帕金森病（PD）运动症状的疗效部分取决于术后刺激参数的编程。需要一种基于患者生理学的系统方法来调整参数。我们使用基底神经节网络的生理现实计算模型来研究PD状态下34Hz振荡的出现及其DBS的最佳抑制。离散时间传递函数拟合开环采集的刺激后时间直方图（PSTH），通过模拟突触连接的药理学阻滞，来描述基底节核的行为。然后将这些功能连接起来，创建闭环系统的平均场模型，并对其进行分析，以确定突发34Hz病理振荡的起源。该分析确定苍白球外核（GPe）和丘脑底核（STN）之间的耦合可能产生振荡。当耦合时，两者在PD状态下相互共振，但在健康状态下不共振。通过描述这种振荡如何受到阈下DBS脉冲的影响，我们假设可以预测能够抑制这种振荡的刺激频率。为了表征对刺激的反应，我们开发了一种新的方法，用于从人口数据估计相位响应曲线（PRC）。使用群体PRC，我们能够预测增强和抑制34Hz病理振荡的频率。这为调节DBS频率提供了一种系统方法，并可实现刺激参数的闭环调节。 引用于8文件 MSC公司： 92C20美元 神经生物学 关键词：基底神经节;脑深部刺激;帕金森氏病;参数调整;计算模型;振荡;相位响应曲线 软件：神经元 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{A.B.Holt}和\textit{T.I.Netoff}，J.Comput。神经科学。37，第3号，505--521（2014；Zbl 1409.92041） 全文： 内政部 链接 参考文献： [1] Adamchic，I.、C.Hauptmann、U.B.Barnikol、N.Pawelczyk、O.Popovych、T.T.Barniko、A.Silchenko、J.Volkmann、G.Deuschl、W.G.Meissner、M.Maarouf、V.Sturm、H.J.Freund和P.A.Tass（2014年）。帕金森病的协调复位神经调节：概念验证研究：Mov Disord。 [2] Alberts，W.W.，Wright，E.W.，Jr.和Feinstein，B.（1969年）。皮层电位与帕金森震颤。《自然》，221670-672·数字对象标识代码：10.1038/221670a0 [3] Albin，R.L.、Young，A.B.和Penney，J.B.（1989年）。基底神经节疾病的功能解剖。神经科学趋势，12366-75·doi:10.1016/0166-2236（89）90074-X [4] Alexander，G.E.、DeLong，M.R.和Strick，P.L.（1986年）。连接基底神经节和皮层的功能分离回路的平行组织。神经科学年度回顾，9，357-81·doi:10.1146/annurev.ne.09.030186.002041 [5] Bernheimer，H.、Birkmeyer，W.、Hornykiewicz，O.、Jellinger，K.和Seitelberger，F.（1973）。脑多巴胺与帕金森和亨廷顿综合征。《神经科学杂志》，第20期，第415-445页·doi:10.1016/0022-510X（73）90175-5 [6] Bevan，M.D.和Wilson，C.J.（1999）。大鼠丘脑底神经元自发振荡和节律性放电的机制。神经科学杂志：神经科学学会官方杂志，197617-7628。 [7] Bevan，M.D.、Magill，P.J.、Terman，D.、Bolam，J.P.和Wilson，C.J.（2002）。走向节律：丘脑底核-外侧苍白球网络的振荡。《神经科学趋势》，25，525-531·doi:10.1016/S0166-2236（02）02235-X [8] Bhidayasiri，R.和Truong，D.D.（2008）。帕金森病的运动并发症：临床表现和治疗。《神经科学杂志》，266204-215·doi:10.1016/j.jns.2007.08.028 [9] Birdno，M.J.、Kuncel，A.M.、Dorval，A.D.、Turner，D.A.和Grill，W.M.（2008年）。震颤随着脑深部刺激的时间规律而变化。《神经报告》，第19卷，第599-602页·doi:10.1097/WNR.0b013e3282f9e45e [10] Bronte-Stewart，H.、Barberini，C.、Koop，M.M.、Hill，B.C.、Henderson，J.M.和Wingeier，B.（2009）。帕金森病患者的STNβ带谱是稳定的，在脑深部刺激后表现出长时间的衰减。《实验神经学》，215，20-28·doi:10.1016/j.expneural.2008.09.008 [11] Brown，P.（2006）。帕金森氏病中的不良振荡：神经转导杂志增刊，第27-30页。 [12] Brown，P.和Williams，D.（2005年）。基底节局部场电位活动：人类的特征和功能意义：临床神经生理学。国际临床神经生理学联合会官方期刊，1162510-2519·doi:10.1016/j.clinph.2005.05.009 [13] Butson，C.R.和McIntyre，C.C.（2006）。电极设计对脑深部刺激期间激活的组织体积的作用。神经工程杂志，3，1-8·doi:10.1088/1741-2560/3/001 [14] Chen，C.C.，Litvak，V.，Gilbertson，T.，Kühn，A.，Lu，C.S.，Lee，S.T.，Tsai，C.H.，Tisch，S.，Limousin，P.，Hariz，M.，&Brown，P.（2007）。20赫兹时基底节神经元的过度同步减慢了帕金森病患者的运动。实验神经学，205，214-21·doi:10.1016/j.expneural.2007.01.027 [15] Courtemanche，R.、Fujii，N.和Graybiel，A.M.（2003）。同步、聚焦调制的β带振荡表征了清醒行为猴纹状体中的局部场电位活动。神经科学杂志：神经科学学会官方杂志，2311741-11752。 [16] Cui，J.、Canavier，C.C.和Butera，R.J.（2009）。功能相位响应曲线：理解适应神经元同步的方法。神经生理学杂志，102387-98·doi:10.1152/jn.0037.2009 [17] Dejean，C.、Hyland，B.和Arbuthnott，G.（2009年）。丘脑底刺激的皮层效应与多巴胺拮抗剂诱导的运动障碍的行为恢复相关。大脑皮层，19，1055-63·doi:10.1093/cercor/bhn149 [18] DeLong，M.R.、G.E.Alexander、W.C.Miller和M.D.Crutcher（1992年）。基底神经节-丘脑皮层回路的解剖和功能方面，摘自J.W.Ironside、R.H.S.Mindham、R.J.Smith、E.G.S.Spokes和W.Winlow编辑的《基底神经节的功能和功能障碍：牛津大学纽约SeoulTokyo Rergamon出版社》，第3-32页。 [19] Devergnas，A.、Pittard，D.、Bliwise，D.和Wichmann，T.（2014）。MPTP治疗猴的皮质-基底神经节网络振荡活动与帕金森综合征之间的关系。疾病神经生物学，68C，156-166·doi:10.1016/j.nbd.201214.04.004 [20] Dorval，A.D.和W.M.Grill，（2014）。丘脑底核的脑深部刺激在6-OHDA帕金森综合征大鼠模型中重建神经元信息传递：神经生理学杂志。 [21] Dorval，A.D.、Russo，G.S.、Hashimoto，T.、Xu，W.、Grill，W.M.和Vitek，J.L.（2008）。在帕金森氏病MPTP预测模型中，脑深部刺激降低了神经元熵。神经生理学杂志，1002807-2818·doi:10.1152/jn.907632008年 [22] Dorval，A.D.、Kuncel，A.M.、Birdno，M.J.、Turner，D.A.和Grill，W.M.（2010年）。脑深部刺激通过调节苍白球活动缓解帕金森病运动迟缓。神经生理学杂志，104911-921·doi:10.1152/jn.00103.2010年 [23] Ermentrout，G.B.，Beverlin，B.，2nd，Troyer，T.，&Netoff，T.I.（2011年）。相位重置曲线的方差。计算神经科学杂志，31185-197·Zbl 1446.92044号 ·doi:10.1007/s10827-010-0305-9 [24] 尤西比奥，A.和布朗，P.（2007）。基底神经节的振荡活动。帕金森综合征及相关疾病，13（增刊3），S434-6·doi:10.1016/S1353-8020（08）70044-0 [25] Feng，X.J.、Greenwald，B.、Rabitz，H.、Shea-Brown，E.和Kosut，R.（2007年）。帕金森氏病脑深部刺激的闭环优化：计算模型的概念和教训。神经工程杂志，4，L14-21·doi:10.1088/1741-2560/4/2/L03 [26] Gillies，A.和Willshaw，D.（2007年）。基底神经节的神经信息学和建模：架起药理学和生理学的桥梁。医疗器械专家评论，4663-672·doi:10.1586/17434440.4.5.663 [27] Glass，L.和Mackey，M.C.（1988年）。从时钟到混乱：生命的节奏（第248页）。普林斯顿：普林斯顿大学出版社·Zbl 0705.92004 [28] Goldberg，J.A.、T.Bourad和H.Bergman（2004年）。灵长类MPTP模型的显微记录，第46页。 [29] Gradinaru，V.、Mogri，M.、Thompson，K.R.、Henderson，J.M.和Deisseroth，K.（2009年）。帕金森氏神经回路的光学解构。《科学》（纽约），324，354-359·doi:10.1126/科学.1167093 [30] Green，A.L.和T.Z.Aziz（2014年，《大脑深层刺激的指导技术：大脑》）。 [31] Hahn，P.J.和McIntyre，C.C.（2010年）。模拟大脑深部刺激过程中丘脑底丘脑网络活动的速率和模式的变化。计算神经科学杂志，28，425-441·doi:10.1007/s10827-010-0225-8 [32] Hammond，C.、Bergman，H.和Brown，P.（2007）。帕金森病的病理同步：网络、模型和治疗。神经科学趋势，30357-364·doi:10.1016/j.tins.2007.05.004 [33] Hashimoto，T.、Elder，C.M.、Okun，M.S.、Patrick，S.K.和Vitek，J.L.（2003）。刺激丘脑底核改变苍白球神经元的放电模式。《神经科学杂志：神经科学学会官方杂志》，1916-1923年，第23期。 [34] Hines，M.L.和Carnevale，N.T.（1997年）。NEURON模拟环境。神经计算，9，1179-2009·doi:10.1162/neco.1997.9.6.1179 [35] Hines，M.L.和Carnevale，N.T.（2001）。神经元：神经科学家的工具。神经学家，7123-35·数字对象标识代码：10.1177/107385840100700207 [36] Holgado，A.J.、Terry，J.R.和Bogacz，R.（2010年）。丘脑底核-苍白球网络中β振荡产生的条件。神经科学杂志：神经科学学会官方杂志，30，12340-12352·doi:10.1523/JNEUROSCI.0817-10.2010 [37] Hunka，K.、Suchowersky，O.、Wood，S.、Derwent，L.和Kiss，Z.H.（2005）。为运动障碍患者编程和评估脑深部刺激器的护理时间。神经科学护理杂志：美国神经科学护士协会杂志，37204-210·doi:10.1097/01376517-200508000-00006 [38] Jenner，P.（2003）。MPTP-治疗灵长类动物模型对帕金森病新治疗策略的开发的贡献。帕金森综合征及相关疾病，9131-7·doi:10.1016/S1353-8020（02）00115-3 [39] Jenner，P.（2008）。帕金森病的功能模型：开发新疗法的宝贵工具。神经病学年鉴，64（增刊2），S16-29。 [40] Kuhn，A.A.、Trottenberg，T.、Kivi，A.、Kupsch，A.、Schneider，G.H.和Brown，P.（2005）。帕金森病患者丘脑底核局部场电位与神经元放电的关系。实验神经病学，194，212-20·doi:10.1016/j.expneural.2005.02.010 [41] Kuhn，A.A.、Kupsch，A.、Schneider，G.H.和Brown，P.（2006）。丘脑底8-35Hz振荡活动的减少与帕金森病的临床改善相关。《欧洲神经科学杂志》，231956-60·doi:10.1111/j.1460-9568.2006.04717.x [42] Kuhn，A.A.，Kempf，F.，Brucke，C.，Gaynor Doyle，L.，Martinez-Torres，I.，Pogosyan，A.，Trottenberg，T.，Kupsch，A.，Schneider，G.H.，Hariz，M.I.，Vandenberghe，W.，Nuttin，B.，&Brown，P.（2008）。高频刺激丘脑底核可抑制帕金森病患者的振荡β活性，同时改善运动能力。神经科学杂志：神经科学学会官方杂志，286165-6173·doi:10.1523/JNEUROSCI.0282-08.2008 [43] Kühn，A.A.、Tsui，A.、Aziz，T.、Ray，N.、Brücke，C.、Kupsch，A.、Schneider，G.H.和Brown，P.（2009年）。帕金森病患者丘脑底核的病理同步性与运动迟缓和僵硬有关。实验神经学，215380-7·doi:10.1016/j.expneural.2008.11.008 [44] Langston，J.W.、Ballard，P.、Tetrud，J.W和Irwin，I.（1983年）。由甲哌替啶类似物合成产物引起的人类慢性帕金森病。《科学》，219979-80·doi:10.1126/science.6823561 [45] Leblois，A.、Boraud，T.、Meissner，W.、Bergman，H.和Hansel，D.（2006）。反馈回路之间的竞争是基底神经节正常和病理动力学的基础。神经科学杂志：神经科学学会官方杂志，26，3567-3583·doi:10.1523/JNEUROSCI.5050-05.2006 [46] Lengyel，M.、Kwag，J.、Paulsen，O.和Dayan，P.（2005）。匹配存储和回忆：海马棘波时间依赖性可塑性和相反应曲线。《自然神经科学》，第8期，1677-83页·doi:10.1038/nn1561 [47] Liang，G.S.、Chou，K.L.、Baltuch，G.H.、Jaggi，J.L.、Loveland-Jones，C.、Leng，L.、Maccarone，H.、Hurtig，H.I.、Colcher，A.、Stern，M.B.、Kleiner-Fisman，G.、Simuni，T.和Siderowf，A.D.（2006年）。晚期帕金森病患者双侧丘脑底核刺激的长期疗效。立体定向和功能神经外科，84，221-227·数字对象标识代码：10.1159/000096495 [48] Limousin，P.、Pollak，P.，Benazzouz，A.、Hoffmann，D.、Le Bas，J.F.、Broussolle，E.、Perret，J.E.和Benabid，A.L.（1995年）。双侧丘脑底核刺激对帕金森病症状和体征的影响。《柳叶刀》，第345页，第91-5页·doi:10.1016/S0140-6736（95）90062-4 [49] Mallet，N.、Pogosyan，A.、Marton，L.F.、Bolam，J.P.、Brown，P.和Magill，P.J.（2008）。苍白球外侧部的帕金森β振荡及其与丘脑底核活动的关系。《神经科学杂志》，第28期，第14245-58页·doi:10.1523/JNEUROSCI.4199-08.2008 [50] Marreiros，A.C.、Cagnan，H.、Moran，R.J.、Friston，K.J.和Brown，P.（2012）。帕金森病患者的基底节-皮层相互作用。神经影像，66c，301-310。 [51] McCarthy，M.、Moore Kochlacs，C.、Gu，X.、Boyden，E.S.、Han，X.和Kopell，N.（2011）。帕金森病病理性β振荡的纹状体起源。美国国家科学院院刊，108，11620-5·doi:10.1073/pnas.1107748108 [52] McClelland，S.，3rd，Ford，B.，Senatus，P.B.，Winfield，L.M.，Du，Y.E.，Pullman，S.L.，Yu，Q.，Frucht，S.J.，Mckhan，G.M.（2nd），&Goodman，R.R.（2005）。丘脑底刺激治疗帕金森病：确定临床疗效所需的电极位置。神经外科聚焦，19，E12。 [53] McConnell，G.C.、So，R.Q.、Hilliard，J.D.、Lopomo，P.和Grill，W.M.（2012）。有效的脑深部刺激通过调节神经放电模式来抑制基底节的低频网络振荡。神经科学杂志：神经科学学会官方杂志，32，15657-15668·doi:10.1523/JNEUROSCI.2824-12.2012 [54] McIntyre，C.C.、Grill，W.M.、Sherman，D.L.和Thakor，N.V.（2004）。脑深部刺激的细胞效应：基于模型的激活和抑制分析。神经生理学杂志，911457-1469·doi:10.1152/jn.00989.2003 [55] Meissner，W.、Leblois，A.、Hansel，D.、Bioulac，B.、Gross，C.E.、Benazzouz，A.和Boraud，T.（2005）。丘脑底高频刺激可重置丘脑底放电并减少异常振荡。脑神经病学杂志，1282372-2382·doi:10.1093/brain/awh616 [56] Mera，T.、Vitek，J.L.、Alberts，J.L和Giuffrida，J.P.（2011）。帕金森病患者多种运动症状的脑深部刺激运动优化。神经科学方法杂志，198280-286·doi:10.1016/j.jneumeth.2011.03.019 [57] Moran，R.J.、Mallet，N.、Litvak，V.、Dolan，R.J、Magill，P.J、Friston，K.J和Brown，P.（2011）。帕金森综合征β振荡的脑连接性改变。《公共科学图书馆·计算生物学》，7，e1002124·doi:10.1371/journal.pcbi.1002124 [58] Moro，E.、Esselink，R.J.、Xie，J.、Hommel，M.、Benabid，A.L.和Pollak，P.（2002）。STN刺激中电参数设置对帕金森病的影响。神经病学，59706-13·doi:10.1212/WNL.59.5.706 [59] Netoff，T.I.，Banks，M.I.，Dorval，A.D.，Acker，C.D.，Haas，J.S.，Kopell，N.，&White，J.A.（2005）。海马结构混合神经元网络的同步化。《神经生理学杂志》，93，1197-1208·doi:10.1152/jn.00982.2004 [60] Nevado-Holgado，A.J.、Mallet，N.、Magill，P.J.和Bogacz，R.（2014）。帕金森振荡期间丘脑底核-苍白球网络的有效连通性。生理学杂志，5921429-55。 [61] 奥本海姆，A.V.，A.S.Willsky和S.H.Nawab，（1996）。信号与系统（第2版），Prentice Hall公司。 [62] Ota，K.、Omori，T.和Aonishi，T.（2009年）。基于观测过程分析的相位响应曲线MAP估计算法。计算神经科学杂志，26185-202·doi:10.1007/s10827-008-0104-8 [63] Pasillas-Lépine，W.（2013）。Wilson和Cowan模型中的延迟诱导振荡：健康和帕金森病受试者丘脑下-对数反馈回路的分析。生物控制论，107289-308·Zbl 1267.92034号 ·doi:10.1007/s00422-013-0549-3 [64] Plenz，D.和Kital，S.T.（1999）。由丘脑底核和外部苍白球形成的基底节起搏器。《自然》，400，677-682·doi:10.1038/23281 [65] Rizzone，M.、Lanotte，M.，Bergamasco，B.、Tavella，A.、Torre，E.、Faccani，G.、Melcarne，A.和Lopiano，L.（2001年）。帕金森病患者丘脑底核的脑深部刺激：刺激参数变化的影响。神经病学、神经外科和精神病学杂志，71，215-9·doi:10.1136/jnnp.71.2.215 [66] Rubin，J.E.和Terman，D.（2004）。在计算模型中，高频刺激丘脑底核可消除病理性丘脑节律。计算神经科学杂志，16，211-235·doi:10.1023/B:JCNS.0000025686.47117.67 [67] Ryapolova-Webb，E.，Afshar，P.，Stanslaski，S.，Denison，T.，de Hemptinne，C.，Bankiewicz，K.，&Starr，P.A.（2014）。完全植入设备的慢性皮层和肌电图记录：非人类灵长类动物的临床前经验。神经工程杂志，11006009·doi:10.1088/1741-2560/11/1/01609 [68] Santaniello，S.、Fiengo，G.、Glielmo，L.和Grill，W.M.（2011年）。脑深部刺激的闭环控制：一项模拟研究：IEEE神经系统和康复工程交易。IEEE医学与生物学会工程出版物，19，15-24。 [69] Schultheiss，N.W.、Edgerton，J.R.和Jaeger，D.（2010年）。全形态苍白球神经元模型的相反应曲线分析揭示了突触整合的不同体周和树突模式。《神经科学杂志》，302767-82·doi:10.1523/JNEUROSCI.3959-2010年9月 [70] Sharott，A.、Magill，P.J.、Harnack，D.、Kupsch，A.、Meissner，W.和Brown，P.（2005）。多巴胺耗竭增加清醒大鼠大脑皮层和丘脑底核β-振荡的强度和连贯性。欧洲神经科学杂志，211413-22·doi:10.1111/j.1460-9568.2005.03973.x [71] Stiefel，K.M.、Gutkin，B.S.和Sejnowski，T.J.（2008）。胆碱能神经调节改变皮质锥体神经元的相反应曲线形状和类型。《公共科学图书馆·综合》，第3期，第3947页·doi:10.1371/journal.pone.0003947 [72] Tachibana，Y.、Kita，H.、Chiken，S.、Takada，M.和Nambu，A.（2008）。清醒猴子的运动皮层通过谷氨酸能和GABA能输入控制内部苍白球活动。《欧洲神经科学杂志》，27，238-253·doi:10.1111/j.1460-9568.2007.05990.x [73] Tass，P.A.（2003年）。一种通过按需控制的神经亚群协调重置实现大脑深层刺激去同步化的模型。生物控制论，89，81-8·Zbl 1084.92009年 ·doi:10.1007/s00422-003-0425-7 [74] Terman，D.、Rubin，J.E.、Yew，A.C.和Wilson，C.J.（2002年）。基底神经节丘脑下核网状结构模型中的活动模式。神经科学杂志：神经科学学会官方杂志，222963-2976。 [75] Timmermann，L.、Wojtecki，L.，Gross，J.、Lehrke，R.、Voges，J..、Maarouf，M.、Treuer，H.、Sturm，V.和Schnitzler，A.（2004年）。对丘脑底核的Ten-Hertz刺激会恶化帕金森病患者的运动症状。《运动障碍》，第19卷，第1328-33页·doi:10.1002/mds.20198年 [76] Torben-Nielsen，B.、Uusisaari，M.和Stiefel，K.M.（2010年）。神经元相反应曲线测定方法的比较。Front Neuroninform，4、6。 [77] Tsang，E.W.，Hamani，C.，Moro，E.，Mazzella，F.，Saha，U.，Lozano，A.M.，Hodaie，M.，Chuang，R.，Steeves，T.，Lim，S.Y.，Neagu，B.，&Chen，R.（2012）。个性化频率的丘脑底深部脑刺激治疗帕金森病。神经病学，781930-8·doi:10.1212/WNL.0b013e318259e183 [78] van Albada，S.J.和Robinson，P.A.（2009年）。基底节-丘脑皮质系统的平均场建模。I健康州和帕金森州的开枪率。理论生物学杂志，257642-663·Zbl 1400.92130号 ·doi:10.1016/j.jtbi.2008.12.018 [79] van Albada，S.J.、Gray，R.T.、Drysdale，P.M.和Robinson，P.A.（2009年）。基底节-丘脑皮质系统的平均场建模。II帕金森振荡动力学。理论生物学杂志，257664-688·Zbl 1400.92129号 ·doi:10.1016/j.jtbi.2008.12.013 [80] Volkmann，J.、Herzog，J.、Kopper，F.和Deuschl，G.（2002年）。脑深部刺激器编程简介：运动障碍。运动障碍学会官方期刊，17（增刊3），S181-7·doi:10.1002/mds.10162 [81] Wilson，H.R.和Cowan，J.D.（1972年）。模型神经元局部群体中的兴奋和抑制相互作用。生物物理杂志，12，1-24·doi:10.1016/S0006-3495（72）86068-5 [82] Wilson，C.J.、Beverlin，B.、2nd和Netoff，T.（2011年）。混沌去同步作为脑深部刺激的治疗机制。系统神经科学前沿，5，50·doi:10.3389/fnsys.2011.00050 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。