×

脑深部刺激脉冲引起的神经簇分析。 (英语) 兹比尔1460.92097

摘要:脑深部刺激(DBS)是一种公认的治疗帕金森病、肌张力障碍、抽动秽语综合征和原发性震颤等疾病的方法。虽然DBS有效性的确切机制尚未完全理解,但对周期性脉冲刺激的神经振荡器群体的一些理论研究表明,这可能与神经元亚群同步的聚类有关,但这些子种群之间是不同步的。聚集行为的细节以复杂的方式取决于刺激的频率和幅度。在本研究中,我们研究了如何根据定义在圆上的一维映射来理解簇的数量及其稳定性、分支和吸引域。此外,我们将此分析推广到由具有交替特性的脉冲组成的刺激,这为DBS刺激的设计提供了额外的自由度。我们的结果说明了如何用一个更简单的动力学系统来理解周期性受迫神经振子种群聚类行为的复杂特性。

MSC公司:

92 C50 医疗应用(通用)
92秒20 生物研究、人工生命和相关主题中的神经网络

软件:

XPPAUT公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] 阿达姆希奇,I。;Hauptmann,C。;巴尼科尔,UB;Pawelczyk,N。;波波维奇,O。;Barnikol,TT;Silchenko,A。;沃克曼,J。;Deuschl,G。;迈斯纳,工作组;Maarouf,M。;Sturm,V。;弗伦德,HJ;Tass,PA,《帕金森病的协调复位神经调节:概念验证研究》,Mov Disord,29,13,1679-1684(2014)
[2] Benabid,A。;Benazzous,A。;Pollak,P.,《大脑深层刺激的机制,运动障碍》,17,SUPL.3,19-38(2002)
[3] 阿拉巴马州Benabid;波拉克,P。;Gervason,C。;霍夫曼博士。;高,DM;霍梅尔,M。;佩雷特,JE;Rougemont,JD,慢性刺激丘脑腹中间核对震颤的长期抑制,《柳叶刀》,337403-406(1991)
[4] 贝斯特,D。;Fisher,N.,von Mises分布的有效模拟,J R Stat Soc Ser C Appl Stat,28,152-157(1979)·Zbl 0435.62021号
[5] 布朗,E。;Moehlis,J。;Holmes,P.,《关于神经振荡器种群的相位减少和响应动力学》,《神经Comp》,16,673-715(2004)·Zbl 1054.92006年
[6] 布曼,C。;哈克哈格尔,T。;恩格尔,K。;Gulberti,A。;徒步旅行,美国。;诗人-内格尔,M。;戈伦特,I。;Ludewig,P。;Braass,H。;Choe,C.,《深部脑刺激中的不良事件:神经精神和其他事件的回顾性长期分析》,《公共科学图书馆·综合》,12,e0178984(2017)
[7] 陈,C。;利特瓦克,V。;Gilbertson,T。;库恩,A。;卢,C。;Lee,S。;蔡,C。;蒂施,S。;利木赞,P。;Hariz先生。;Brown,P.,20赫兹时基底神经节神经元过度同步减慢帕金森病患者的运动,Experim Neurol,205,214-221(2007)
[8] Chiken,S。;Nambu,A.,《大脑深层刺激的机制:抑制、兴奋还是破坏?》?,神经科学家,22313-322(2016)
[9] Cyron,D.,《深部脑刺激(DBS)对运动障碍的精神副作用:否认的徒劳性》,《Front Integr Neurosci》,2016年第10、17期
[10] Daido,H.,具有均匀全对全相互作用的极限循环振荡器中合作夹带的开始:序函数的分歧,Phys D,91,24-66(1996)·Zbl 0890.58067号
[11] Ermentrout,G.,《动力学系统的模拟、分析和动画制作:面向研究人员和学生的XPPAUT指南》(2002),费城:SIAM,费城·Zbl 1003.68738号
[12] Ermentrout,G。;Kopell,N.,传导延迟存在下神经尖峰和同步的精细结构,美国国家科学院院刊,951259-1264(1998)
[13] 环境路线,GB;Terman,DH,《神经科学数学基础》(2010),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 1320.92002年
[14] 玻璃,L。;MC麦基,《从时钟到混沌:生命的节奏》(1988),普林斯顿:普林斯顿大学出版社,普林斯顿·Zbl 0705.92004
[15] Guckenheimer,J.,等时线和无相集,《数学生物学杂志》,1259-273(1975)·Zbl 0345.92001号
[16] C.哈蒙德。;Bergman,H。;Brown,P.,《帕金森病的病理同步:网络、模型和治疗》,《神经科学趋势》,30357-364(2007)
[17] 赫林顿,T。;Cheng,J。;Eskandar,E.,《脑深部刺激的机制》,《神经生理学杂志》,115,19-38(2016)
[18] 奥尔巴马州霍奇金;赫胥黎,AF,膜电流的定量描述及其在神经传导和兴奋中的应用,《生理学杂志》,117500-544(1952)
[19] Keener,J。;Hoppenstead,F。;Rinzel,J.,振荡输入下神经膜反应的整体和核心模型,SIAM ono应用数学杂志,41,503-517(1981)·Zbl 0476.92010号
[20] 昆塞尔,AM;Grill,WM,深部脑刺激刺激参数的选择,临床神经生理学,115,11,2431-2441(2004)
[21] Kuramoto,Y.,《化学振荡、波浪和湍流》(1984),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 0558.76051号
[22] 利维,R。;和记黄埔。;Lozano,A。;Dostrovsky,J.,患有肢体震颤的帕金森病患者丘脑底核神经元活动的高频同步,《神经科学杂志》,20,7766-7775(2000)
[23] 刘,Y。;Postupna,N。;法尔肯伯格,J。;Anderson,M.,高频脑深部刺激:治疗机制是什么?,《神经科学生物行为评论》,32,343-351(2008)
[24] 吕肯,L。;Yanchuk,S。;波波维奇,O。;Tass,P.,脉冲耦合神经元群中非均匀协调重置刺激促进去同步化,Front Compute Neurosci,7,63(2013)
[25] Lysyansky,B。;波波维奇,O。;Tass,P.,《m:n ON-OFF协调复位刺激的去同步反共振效应》,《神经工程杂志》,第8期,第6019页(2011年)
[26] Lysyansky,B。;波波维奇,O。;Tass,P.,协调复位神经调节的最佳刺激接触次数,Front Neuroeng,6,5(2013)
[27] Matchen,T。;Moehlis,J.,基于相位模型的神经元稳定为任意簇,计算神经科学杂志,44363-378(2018)·Zbl 1402.92103号
[28] 蒙加,B。;Moehlis,J.,振荡器种群的相位分布控制,Phys D,398115-129(2019)·Zbl 1453.92059号
[29] 蒙加,B。;Moehlis,J.,欠驱动动力系统控制的监督学习算法,Phys D,412132621(2020)·Zbl 1489.93083号
[30] 蒙加,B。;Wilson,D。;Matchen,T。;Moehlis,J.,《生物系统的相位减少和基于相位的优化控制:教程》,《生物网络》,第113期,第11-46页(2019年)·Zbl 1411.92122号
[31] Montgomery,E.,《大脑深层刺激编程:原理与实践》(2010),牛津:牛津大学出版社,牛津
[32] 莫罗,E。;Esselink,RJ;谢军。;霍梅尔,M。;阿拉巴马州Benabid;Pollak,P.,STN刺激中电参数设置对帕金森病的影响,神经病学,59,5,706-713(2002)
[33] 纳比,A。;米尔扎德,M。;Gibou,F。;Moehlis,J.,耦合神经元的最小能量去同步控制,J Comp Neuro,3425-271(2013)·Zbl 1276.92017号
[34] Netoff T,Schwemmer M,Lewis T(2012)《神经元相位响应曲线的实验估计:理论和实践问题》。收录:Schultheiss N,Prinz A,Butera R(eds)《神经科学》的相位响应曲线。柏林施普林格,第95-129页
[35] Ott,E.,动力系统中的混沌(1993),剑桥:剑桥大学出版社,剑桥·Zbl 0792.58014号
[36] Rizzone,M。;Lanotte,M。;Bergamasco,B。;塔维拉,A。;托瑞,E。;法卡尼,G。;梅尔卡内,A。;Lopiano,L.,《帕金森病丘脑底核的脑深部刺激:刺激参数变化的影响》,《神经外科精神病学杂志》,71,2,215-219(2001)
[37] 罗森鲍姆,R。;Zimnik,A。;郑,F。;特纳,R。;阿尔茨海默病。;多伊隆,B。;Rubin,J.,轴索和突触失败抑制高频深部脑刺激期间的放电频率振荡、同步性和信息传递,Neurobiol Dis,62,86-99(2014)
[38] 鲁宾,J。;Terman,D.,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》,16,3,211-235(2004)
[39] 萨维卡,R。;Stead先生。;Mack,K。;Lee,K。;Klassen,B.,《抽动秽语综合征的脑深部刺激:对3名预后极佳患者的描述》,《梅奥临床杂志》,87,59-62(2012)
[40] Schnitzler,A。;Gross,J.,《大脑中的正常和病理振荡通讯》,《Nat Rev Neurosci》,6285-296(2005)
[41] Tass,PA,用神经亚群的需求控制协调重置去同步化脑深部刺激的模型,Biol Cybern,89,2,81-88(2003)·Zbl 1084.92009年
[42] Tass,PA,《通过神经亚群的协调重置实现去同步化——一种按需控制的深部脑刺激新技术》,《物理进展补充》,150,281-296(2003)
[43] 乌哈斯,P。;Singer,W.,《大脑疾病中的神经同步性:认知功能障碍和病理生理学的相关性》,《神经元》,52,155-168(2006)
[44] 沃克曼,J。;赫尔佐格,J。;Kopper,F。;Deuschl,G.,《深部脑刺激器编程简介》,Mov Disord,17,Suppl 3,S181-187(2002)
[45] CJ威尔逊;贝弗林,B。;Netoff,T.,《混沌去同步化作为脑深部刺激的治疗机制》,Front Syst Neurosci,5,50(2011)
[46] Wilson,D.,神经振荡器群的最优开环去同步,《数学生物学杂志》,81,25-64(2020)·Zbl 1447.92208号
[47] Wilson,D。;Ermentrout,B.,《使用等稳坐标进行相位还原的更高精度和更广适用性》,《数学生物学杂志》,76,1-2,37-66(2018)·Zbl 1392.92007年
[48] Wilson,D。;Moehlis,J.,神经群体的最优混沌去同步,SIAM J Appl Dyn Syst,13276-305(2014)·Zbl 1301.92010
[49] Wilson,D。;Moehlis,J.,高频深部脑刺激的集群去同步,《公共科学图书馆·计算生物学》,11,12,e1004673(2015)
[50] Winfree,A.,《生物节律和耦合振荡器种群的行为》,《Theor Biol杂志》,16,14-42(1967)
[51] Winfree,A.,《生物时间的几何学》(2001),纽约:Springer,纽约·Zbl 1014.92001号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。它的项目与zbMATH标识符启发式匹配,并且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。