치료적 심부 뇌 자극 중 피각핵 및 렌틸러 팽대 연결의 컴퓨터 분석

피각핵(STN)은 심부 뇌 자극(DBS)으로 파킨슨병(PD)을 치료하는 가장 일반적인 타겟이다. 내측 담창구(GPi)의 DBS 또한 PD 치료에 효과적이다. 렌틸러 팽대 연결을 형성하는 GPi의 출력 섬유는 STN DBS 전극과 가까운 위치에 지나간다. 따라서 STN 투사 뉴런과 GPi의 통과 섬유는 STN 영역에서 DBS의 잠재적 치료 타겟이 된다. 우리는 통제된 환경에서 자극의 영향을 연구하기 위해 파킨슨 원숭이를 대상으로 한 STN DBS의 포괄적인 컴퓨터 모델을 구축했다. 모델은 세 가지 기본 요소로 구성되었다: 1) 원숭이 기저핵의 3차원(3D) 해부학적 모델, 2) 조직 매체로 전달되는 DBS 전극 및 전기장에 대한 유한 요소 모델, 3) STN 투사 뉴런, GPi 통과 섬유 및 내부 피각 섬유의 다중부위 생물물리학적 모델. 뉴런 군집은 3D 해부학적 모델 내에 배치되었다. 뉴런은 두 파킨슨 원숭이에서 임상적으로 효과적인 것으로 정의된 전극 위치 및 자극 매개변수로 자극되었다. 모델은 STN DBS 중 STN 뉴런과 GPi 섬유의 축삭 활성화를 예측하였다. GPi 섬유 활성화 정도에 대한 모델 예측은 두 원숭이의 실험적 기록과 잘 일치하였다. 임상적으로 효과적인 자극과 효과적이지 않은 자극을 비교할 때 STN 뉴런의 축삭 활성화만이 두 원숭이 모두에서 통계적으로 유의미한 증가를 보였다. 그럼에도 불구하고 두 신경 타겟 모두 STN DBS의 치료 메커니즘에서 중요한 역할을 할 수 있다.