Análise Computacional da Ativação do Núcleo Subtalamico e Fascículo Lenticular Durante a Estimulação Cerebral Profunda Terapêutica

O núcleo subtalâmico (NST) é o alvo mais comum para o tratamento da doença de Parkinson (DP) com estimulação cerebral profunda (ECP). A ECP do globo pálido interno (GPI) também é eficaz no tratamento da DP. As fibras de saída do GPI que formam o fascículo lenticular passam próximas aos eletrodos de ECP do NST. Por sua vez, tanto os neurônios de projeção do NST quanto as fibras de passagem do GPI representam possíveis alvos terapêuticos da ECP na região do NST. Construímos um modelo computacional abrangente de ECP do NST em macacos parkinsonianos para estudar os efeitos da estimulação em um ambiente controlado. O modelo consistia em três componentes fundamentais: 1) um modelo anatômico tridimensional (3D) das gânglios basais do macaco, 2) um modelo de elementos finitos do eletrodo de ECP e do campo elétrico transmitido ao meio do tecido, e 3) modelos biofísicos multicompartmentais de neurônios de projeção do NST, fibras de passagem do GPI e fibras de passagem da cápsula interna. Populações de neurônios foram posicionadas dentro do modelo anatômico 3D. Os neurônios foram estimulados com posições de eletrodo e parâmetros de estimulação definidos como clinicamente eficazes em dois macacos parkinsonianos. O modelo previu a ativação axonal dos neurônios do NST e das fibras do GPI durante a ECP do NST. As previsões do modelo sobre o grau de ativação das fibras do GPI corresponderam bem com gravações experimentais em ambos os macacos. Apenas a ativação axonal dos neurônios do NST mostrou um aumento estatisticamente significativo em ambos os macacos ao comparar a estimulação clinicamente eficaz e ineficaz. No entanto, ambos os alvos neurais podem desempenhar papéis importantes nos mecanismos terapêuticos da ECP do NST.