Einzelzellaktivität des subthalamischen Kerns während einer zielgerichteten Greifbewegung von Parkinsonpatienten

Hintergrund: Die Funktion der Basalganglien in der Steuerung von Handbewegungen wurde bislang am Menschen nur indirekt z.B. mittels funktioneller Bildgebung untersucht. Die therapeutisch indizierte Implantation von Elektroden in den Nucleus subthalamicus (STN) in Parkinsonpatienten stellt erstmalig eine Möglichkeit dar, Veränderungen der neuronalen Basalganglien-Aktivität während einer zielgerichteten Greifbewegung zu untersuchen.

Methoden: Bei 9 Patienten (4Männer, 5 Frauen, 61.4±4.6 Jahre) wurden intraoperativ Ableitungen mit 5 parallelen Mikroelektroden durchgeführt. Einzelzellaktivität wurde off-line isoliert und statistisch analysiert.

Die motorische Aufgabe wurde mit variablen Intervallen (2–3s) eingeleitet mit einem Warnsignal (Trigger 1), um die Aufmerksamkeit auf die bevorstehende Bewegung zu erhöhen, gefolgt von einem Richtungssignal (Trigger 2), zur Planung der Bewegung. Nach dem Startsignal (Trigger 3) mussten die Probanden mit dem rechten Arm eine schnellstmögliche Zielbewegung durchführen und einen Knopf an der Versuchsapparatur mit einem Pinzettengriff zwischen Daumen und Zeigefinger drücken (10 Durchgänge). Die Bewegung wurde mit einem Ultraschall-System (CEBRIS, Sample Frequenz 40Hz)) registriert, Sensoren wurden an der Schulter, Ellenbogen, Handgelenk, Zeigefinger- und Daumenspitze befestigt. Einzel-Zell-Aktivität des STN wurde mittels Peristimulus Time Histogrammen bezogen auf die verschiedenen Trigger vor und während der Bewegung analysiert.

Ergebnisse: 77 Neurone wurden im STN isoliert. 16 Neurone zeigten keinerlei aufgabenbezogene Aktivitätsänderung. Die übrigen Neurone zeigten Aktivitätsänderungen in verschiedenen Phasen der Greifaufgabe. Während der präparatorischen Phase (Trigger 1–3) waren 19% der neuronalen triggerbezogenen Aktivitätsänderungen nachweisbar. Am häufigsten waren jedoch Aktivitätsänderungen während der Bewegungsausführung, (T5-T9, EMG-Trigger, 81%) sowohl während der Ziel- als auch der Greifbewegung. Insgesamt war eine triggerassoziierte Zunahme der neuronalen Aktivität (91% der beobachteten Aktivitätsänderungen) deutlich häufiger als eine Hemmung (9%).

Schlussfolgerung: Die neuronale Aktivität im STN von Parkinsonpatienten wird durch verschiedene Aspekte einer zielgerichteten Greifbewegung moduliert. Dieser Ansatz bietet erstmalig eine Möglichkeit, am Menschen die Funktion der Basalganglien bei Willkürbewegung durch direkte neuronale Ableitungen zu untersuchen.