Araştırma özeti
Kaynak özetin Türkçe makine çevirisi. Klinik kullanım öncesinde özgün yayınla karşılaştırılmalı; hekim incelemesi değildir. cc by
Parkinson hastalığının (PD) tıbbi tedavisi üzerine yapılan son çalışmalar, Derin Beyin Stimülasyonu (DBS) tekniğinin tanıtılmasına yol açtı. Bu özel terapi, bilinen PD semptomlarından sorumlu olan çeşitli Derin Beyin yapılarının patolojik aktivitesini aktif olarak kontrastlaştırmayı sağlar. Sık sık dopaminerjik ilaç yönetimine katılan bu teknik, Basal Ganglia (BG) adı verilen belirli beyin çekirdeklerinin aktivitesini kontrastlaştırmak için uygulanan cerrahi müdahalelerin yerini alır. Bu klinik protokol, derin beyin bölgelerine yerleştirilen elektrotlardan ölçülen sinyalleri analiz etme ve inceleme olanağı verdi. Bu sinyallerin analizi, PD'yi biyolojik sinir ağlarında dinamik senkronizasyonun özel bir durumu olarak inceleme olanağına yol açtı, bu önemli hastalıkla yüzleşmek için verimli tedaviler bulmak için bu tür bilimsel alanda geliştirilen teorik analizi uygulama avantajı ile. Deneysel sonuçlar aslında PD nörolojik hastalıklarının BG'de patolojik bir sinyal senkronizasyonu ile karakterize olduğunu göstermektedir. Parkinson titremesi, örneğin, anormal bir senkronizasyon geçiren Thalamic ve Striatal yapıların nöron popülasyonlarından kaynaklandığı belirtilmektedir. Aksine, normal koşullarda, aynı nöron popülasyonlarının aktivitesi korelasyonlu ve senkronize görünmüyor.SonuçlarStimülasyon sinyalinin patolojik bir sinirsel ortam üzerindeki etkisini ayrıntılı olarak incelemek için, bu sinirsel yapıların verimli modelleri, herhangi bir dış girdi olmadan, patolojik bir sinir dokusunun içsel özelliklerini gösterebilen, BG senkronize dinamiklerini taklit eden bir model inşa edildi.Listede zaten senkronize edilen elektriksel etkilerin incelenmesi için literatürde tanıtılan bir modeli düşünmeye başlıyoruz. Bu modelde Morris Lecar tipi nöronlar kullanılmıştır. Bu nöron modeli, yüksek düzeyde biyolojik makuliyete sahip olmasına rağmen, büyük ölçekli ağları simüle etmek için büyük bir hesaplama çabası gerektirir. Bu nedenle, daha düşük bir sipariş modeli olan Izhikevich'i hesapsal olarak çok daha hafif olarak ele aldık. Her iki nöron modeli kullanılarak inşa edilen nöral kafesler arasındaki karşılaştırma, hem geleneksel uyarılma olmadan hem de tüm uyarım protokollerinin varlığında karşılaştırılabilir sonuçlar sağladı. Bu, patolojik dinamiklere dahil olan büyük ölçekli sinir ağlarının incelenmesi ve simülasyonuna yönelik ilk sonuçtu. İndirgenmiş sipariş modelini kullanarak, bir alandaki uyarımın, olağan tıbbi tedavi protokollerinin gerektirdiği gibi, başka bir alandaki dinamikleri nasıl etkileyebileceğini analiz etmek amacıyla da iki sinir kafesinin aktivitesi üzerine bir denetim gerçekleştirildi. Bu çalışma, büyük ölçekli ancak hesaplamalı olarak verimli sinir ağlarında uyarılmanın etkisini daha verimli bir şekilde inceleme fırsatı verir. Sonuçlar hem Morris Lecar hem de Izhikevich nöronları kullanılarak diğer matematiksel modellerle ve simüle edilmiş Yerel Alan Potansiyelleri (LFP) ile karşılaştırıldı.
Özgün kaynak özetini okuyun
BackgroundRecent studies on the medical treatment of Parkinson's disease (PD) led to the introduction of the so called Deep Brain Stimulation (DBS) technique. This particular therapy allows to contrast actively the pathological activity of various Deep Brain structures, responsible for the well known PD symptoms. This technique, frequently joined to dopaminergic drugs administration, replaces the surgical interventions implemented to contrast the activity of specific brain nuclei, called Basal Ganglia (BG). This clinical protocol gave the possibility to analyse and inspect signals measured from the electrodes implanted into the deep brain regions. The analysis of these signals led to the possibility to study the PD as a specific case of dynamical synchronization in biological neural networks, with the advantage to apply the theoretical analysis developed in such scientific field to find efficient treatments to face with this important disease. Experimental results in fact show that the PD neurological diseases are characterized by a pathological signal synchronization in BG. Parkinsonian tremor, for example, is ascribed to be caused by neuron populations of the Thalamic and Striatal structures that undergo an abnormal synchronization. On the contrary, in normal conditions, the activity of the same neuron populations do not appear to be correlated and synchronized.ResultsTo study in details the effect of the stimulation signal on a pathological neural medium, efficient models of these neural structures were built, which are able to show, without any external input, the intrinsic properties of a pathological neural tissue, mimicking the BG synchronized dynamics.We start considering a model already introduced in the literature to investigate the effects of electrical stimulation on pathologically synchronized clusters of neurons. This model used Morris Lecar type neurons. This neuron model, although having a high level of biological plausibility, requires a large computational effort to simulate large scale networks. For this reason we considered a reduced order model, the Izhikevich one, which is computationally much lighter. The comparison between neural lattices built using both neuron models provided comparable results, both without traditional stimulation and in presence of all the stimulation protocols. This was a first result toward the study and simulation of the large scale neural networks involved in pathological dynamics.Using the reduced order model an inspection on the activity of two neural lattices was also carried out at the aim to analyze how the stimulation in one area could affect the dynamics in another area, like the usual medical treatment protocols require.The study of population dynamics that was carried out allowed us to investigate, through simulations, the positive effects of the stimulation signals in terms of desynchronization of the neural dynamics.ConclusionsThe results obtained constitute a significant added value to the analysis of synchronization and desynchronization effects due to neural stimulation. This work gives the opportunity to more efficiently study the effect of stimulation in large scale yet computationally efficient neural networks. Results were compared both with the other mathematical models, using Morris Lecar and Izhikevich neurons, and with simulated Local Field Potentials (LFP).
Bilimsel değerlendirme
Araştırma sorusu
Sorunun kapsamı orijinal çalışma üzerinden değerlendirilir.
Yöntem ve örneklem
Çalışma tasarımı ve örneklem için kaynak makaleyi kontrol edin.
Temel bulgular
Bu kayıt için editoryal olarak onaylanmış bulgu özeti henüz yayımlanmadı.
Sınırlılıklar
Sonuçların genellenebilirliği, yanlılık ve klinik anlamı ayrıca incelenmelidir.
Bibliyografik veriden yöntem, örneklem veya klinik sonuç çıkarımı yapılmaz.