Participation of the subthalamic nucleus in executive functions: An intracerebral recording study.

BALÁŽ, Marek, Ivan REKTOR and Jiri PULKRABEK. Participation of the subthalamic nucleus in executive functions: An intracerebral recording study. Movement Disorders. 2008, vol. 23, No 4, p. 553-7, 5 pp. ISSN 0885-3185.

Basic information

• Original name: Participation of the subthalamic nucleus in executive functions: An intracerebral recording study.
• Name in Czech: Účast subtalamického jádra na exekutivních funkciích, studie s nahráváním z hlubkých elektrod
• Authors: BALÁŽ, Marek (703 Slovakia, guarantor), Ivan REKTOR (203 Czech Republic) and Jiri PULKRABEK (203 Czech Republic).
• Edition: Movement Disorders, 2008, 0885-3185.

Other information

• Original language: English
• Type of outcome: Article in a journal
• Field of Study: 30000 3. Medical and Health Sciences
• Country of publisher: United States of America
• Confidentiality degree: is not subject to a state or trade secret
• Impact factor: Impact factor: 3.898
• RIV identification code: RIV/00216224:14110/08:00027023
• Organization unit: Faculty of Medicine
• UT WoS: 000254808000012
• Keywords in English: subthalamic nucleus; deep brain stimulation; P3; executive functions
• Tags: Deep brain stimulation, executive functions, P3, Subthalamic nucleus
• Tags: International impact, Reviewed

Abstract

The objective of our work was to find whether the subthalamic nucleus (STN) is directly involved in cognitive activities, specifically in executive functions. Ten patients with idiopathic Parkinson's disease had P3 potentials recorded by externalized deep brain electrodes that were implanted in the STN or in its immediate vicinity. Two contacts of each electrode were positioned inside the STN according to clinical effect, perioperative microrecording, and stimulation. The P3 waves were recorded following the auditory stimulus in a standard oddball paradigm. They were compared with the P3 waves elicited from a protocol modified by a dual task with an increased demand on executive functions. The P3 potentials with a steep amplitude gradient evoked by the modified protocol were detected by the contacts in 8 of the 14 available electrodes, located either inside the STN or in its immediate vicinity. The modified protocol led to an increased latency of the P3 potential in 8 of 14 electrodes. No local field potentials of the standard P3 potentials were recorded. The P3 potentials related to the increased demand on executive functions were detected by the STN contacts known to have the best effect on Parkinsonian motor signs. This could suggest that the STN takes part in the executive function processing. (c) 2007 Movement Disorder Society.

Abstract (in Czech)

Cílem naší práce bylo zjistit zda se subtalamické jádro (STN) zúčastňuje na generování kognitivních P3 potenciálů a zda se STN účastní exekutivních funkcí. Pacienti a metodika: Do naší práce jsme zahrnuli výsledky 7 pacientů s Parkinsonovu nemocí (PN), kterým byly pro pozdní hybné komplikace PN implantovány hluboké elektrody bilaterálně do STN (tedy celkem 14 elektrod). Během implantace byl proveden intraoperační elektrofyziologický monitoring (nahrávání elektrické aktivity cílové oblasti pomocí mikroelektrod a mikrostimulace) na ověření pozice definitivní stimulační elektrody. Dva centrální kontakty kvadripolární elektrody byly lokalizovány v STN a nejproximálnější a nejdistálnější kontakt se nacházeli mimo subtalamického jádra. Nahrávání P3 bylo provedeno v intraoperačním období po implantaci definitivních stimulačních elektrod a před internalizací a implantací neurostimulátoru (Itrel II Neurostimulator nebo Kinetra, společnosti Medtronic, Inc.). Období mezi operacemi se pohybovalo od 3 do 7 dnů. Nepozorovali jsme žádnou komplikaci vyvolanou časovou prodlevou mezi internalizací elektrod a implantací neurostimulátoru. Nahrávali jsme vlny P3 po sluchovém stimulu. Použili jsme standartní odball paradigma, které jsme srovnali s Pš vyvolanou modifikovaným protokolem se zvýšenou zátěží paměti (2). Standartní sluchové paradigma neobsahovalo ýádnou motorickou aktivitu během testu (3). Zvukové podněty (tóny) byly pacientovi prezentovány do sluchátek s frekvencí 2 Hz, časté podněty (1000 Hz, 70 dB, 0,1 s) byly v poměru 5:1 s cílovými podněty (1000 Hz, 70 dB, 0,1 s). Tóny byly generovány náhodně. Pacienti byli v standartním protokolu instruováni aby v duchu spočetli cílové tóny. U modifikovaného protokolu měli po každém cílovém tónupřipočítat jeden k datu, které jim bylo zadáno na začátku protokolu (zvýšená zátěž pracovní paměti. Výsledky: Modifikované paradigma vedlo ke zvýšení latence vlny P3 u 11 ze 14 testovaných elektrod (22 z 28 kontaktů lokalizovaných v STN) ve srovnání se standardním paradigmatem (TAB.1). Střední latence u standardního protokolu byla 289,3 milisekund, se standardní odchylkou ( SD) 49,9 ve srovnání s těmito parametry u modifikovaného protokolu: 314,8 ms, SD 52,4. Tento rozdíl byl statisticky signifikantní s p < 0,0001(Wilcoxon matched pairs test). Modifikovaný protokol vedl ke zvýšení amplitudy u 6 ze 14 testovaných elektrod (TAB.2), bez statisticky signifikantního rozdílu (střední amplituda 12,8, SD 6,3 u standardního protokolu verzus střední amplituda 12,8 SD 3,9 u modifikovaného protokolu). P3 potenciál byl generován v STN u 6 ze 12 elektrod, u kterých bylo možno hodnotit přítomnost generátoru. Dvě elektrody nemohly být hodnoceny kvůli artefaktům. Statistické ohodnocení potvrdilo přítomnost generátoru p < 0,0001 (test homogenity binomické distribuce). Závěr: 1) P3 potenciál je generován v subtalamickém jádru. STN se zúčastňuje na kognitivním zpracování senzorické informace. Elektrody použité k testování generátorové aktivity byly lokalizovány v motorické části STN. Předpokládáme, že u vzhledem k tomu, že u části pacientů, u kterých nebyl generátor P3 zachycen mohlo dojít ke generaci P3 ve vzdálenějších částech STN. 2) Modifikované paradigma (se zvýšenou zátěží pracovní paměti) vedlo k ovlivnění latencí P3. STN se zúřastňuje na exekutivním zpracování senzorické informace.

Links

• MSM0021622404, plan (intention): Name: Vnitřní organizace a neurobiologické mechanismy funkčních systémů CNS

Investor: Ministry of Education, Youth and Sports of the CR, The internal organisation and neurobiological mechanisms of functional CNS systems under normal and pathological conditions.