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Sprech- und Stimmstörungen sind häufige Symptome der Idiopathischen Parkinson Erkrankung (IPS), wobei bis zu 89% der Patienten im Verlauf der Krankheit unter einer Dysarthrie leiden. Die Tiefenhirnstimulation des Nucleus subthalamicus (STN-DBS) ist eine etablierte Behandlung für die motorischen Symptome des IPS (Allert et al., 2004). Während STN-DBS positive Effekte auf einige Teilfunktionsbereiche der Dysarthrie zu haben scheint, berichten die meisten Studien entweder über keine Verbesserung oder eine Verschlechterung der Sprech- und Stimmfunktionen nach Implantation der STN-DBS (Tsuboi et al., 2015; Wang et al., 2003; Wertheimer et al., 2014). Klinische Erfahrungswerte sowie Fallberichte und Studien lassen vermuten, dass diese sprachtherapeutisch relevanten Nebenwirkungen unabhängig von der therapeutischen Wirksamkeit der STN-DBS sind und daher als unerwünschte, aber nicht therapieimmanente Interferenzfaktoren anzusehen sind (Bouthour et al., 2018), die es genauer zu untersuchen gilt, da die Lebensqualität von IPS-Erkrankten als stark einschränkend wahrgenommen wird (Hariz et al., 2010). Eine aufwendige und methodisch fundierte Klassifizierung wurde von Tsuboi und Kollegen vorgenommen, die im Zusammenhang mit STN-DBS fünf Cluster von Sprech- und Stimmstörungen identifizierten (Tanaka et al., 2020; Tsuboi et al., 2015, 2017). Dazu zählten die Phänotypen „spastische Dysarthrie“, „Stottern“, „rigid-hypokinetischer Typ“, „behauchte Stimme“ und „gepresste Stimme“.
Erste Hinweise lassen darauf schließen, dass die Nebenwirkungen von STN-DBS auf die Stimulation spezifischer Gehirnkreise zurückzuführen sein könnte (Fox et al., 2014). In dieser Arbeit wird eine retrospektive Studie mit STN-DBS stimulierten IPS Erkrankten vorgestellt, die sprachtherapeutisch relevante Sprech- und Stimmstörungen unter zwei Bedingungen bewertet (ein- und ausgeschaltete Stimulation) sowie eine prospektive Studie mit den beiden gleichen Bedingungen. Beide Studien haben das Ziel einer Replizierbarkeit der Ergebnisse von Tsuboi et al. (2015, 2017). Die zweite prospektive Studie bezieht außerdem konnektombasierte Daten ein.
Die Ergebnisse beider Studien lassen quantitativ keine Signifikanzen hinsichtlich der o.g. dysarthrischen Phänotypen zu, quantitativ lassen sich jedoch deutliche Tendenzen ähnlich der Ausgangsstudie erkennen. Zudem wurden das Cluster „Stottern“ in der retrospektiven Studie als weiteres möglicherweise STN-DBS immantentes Cluster identifiziert. In der prospektiven Studie wurde ein Cluster hinzugefügt, da in den Beurteilungen zusätzlich die Symptomatik „hasty speech“ oder auch „hastiges Sprechen“ beobachtet wurde.
The need for mental health support within the Parkinson’s disease (PD) community has never been greater, yet many practitioners lack the knowledge or experience to address the unique challenges associated with PD. This book serves as a practical guide for mental health professionals to assist individuals with PD and caregivers through the use of cognitive-behavioral therapy techniques, with the goal of enhancing their well-being and quality of life. The book includes a review of information about PD and mental health, and four structured group programs designed to address issues that are common in people with PD and caregivers:
• Coping with stress and illness
• Communicating about PD
• Emotional expression in PD
• Interventions for caregivers
The programs presented in this book can be utilized as they are, personalized for individual use, or adapted for research protocols. Additionally, the information can serve as a valuable resource for people with PD and their family members, who can learn about PD and be introduced to evidence-based strategies that can be used conjointly with professionals to improve their experience of living with PD.
Parkinson’s disease (PD) is the second most common neurodegenerative disease with still no cure available. The prominent feature of PD is the loss of dopaminergic neurons at the Substantia nigra (SN). Genetic and environmental insults affecting the SNCA gene encoding the alpha-Synuclein (alpha-Syn) protein result into an aberrant form of the protein with higher propensity towards oligomerization becoming part of insoluble inclusions called Lewy Bodies (LB). LB impart cytotoxicity leading to neurodegeneration, activate resident microglia and escape to the periphery where they get captured by dendritic cells and presented to naïve T cells. Proliferating effector T lymphocytes invade the brain releasing proinflammatory cytokines and performing a cytotoxic effect on neurons.
In this study, we examine the hypothesis that the expansion of regulatory T cells (Treg) could exert an anti-inflammatory effect that averts neurodegeneration in the AAV1/2-A53T-alpha-Syn mouse model for PD.
Mice brains were transfected by a unilateral stereotaxic injection at the SN region with a chimeric Adeno-Associated Viral vector of serotypes 1 and 2 (AAV1/2) carrying the A53T-mutated human SNCA gene encoding the readily aggregating aberrant alpha-Syn (AAV1/2-A53T-alpha-Syn). One week after injection, mice were treated with the CD28 superagonistic antibody (CD28SA), known to significantly expand the Treg population. Mice were then analyzed by behavioral analysis using the Rotarod performance test and the Cylinder test. The impact of CD28SA on the immune system was examined by flow cytometry. The integrity of the nigrostriatal system was assessed by stereological quantification of Tyrosine hydroxylase (TH)-stained dopaminergic neurons in SN and optical density measurements of TH-stained striatum. The mechanism of action of CD28SA was analyzed by treating PD mice alternatively with a Treg adoptive transfer, while CD28SA effect on levels of neurotrophic factors was quantified by ELISA.
We observed an expansion of Treg by FACS analyses three days after CD28SA treatment, demonstrating target engagement. CD28SA treatment of AAV1/2-A53T-alpha-Syn mice provided neuroprotection evident through elevated numbers of dopaminergic neurons in the SN and higher optical density of TH-staining in the striatum, in CD28SA-treated mice compared to PBS-treated control mice, and that was reflected in an enhanced performance in behavioral studies. Additionally, brain infiltration of proinflammatory activated T lymphocytes (CD4+CD69+ and CD8+CD69+ cells), that were obvious in PBS-treated AAV1/2-A53T-alpha-Syn control mice, was augmented in PD mice receiving CD28SA. The alternative treatment with Treg adoptive transfer did replicate the beneficial effects of CD28SA indicating that Treg expansion is the main effector mechanism by which it exerts its neuroprotective effect. CD28SA treatment of PD mice led to an increase of GDNF and BDNF in some brain structures that was not observed in untreated mice.
We conclude that in the AAV1/2-A53T-alpha-Syn PD mouse model, CD28SA suppresses proinflammation, reverses behavioral deficits and is neuroprotective on SN dopaminergic cells.
In dieser Arbeit wurde die Krankheitsprogression im Parkinson-Mausmodell hm2α-SYN-39 mit zunehmendem Alter charakterisiert. Die Mäuse wurden in 4 Altersgruppen (2-3, 7-8, 11-12, 16-17 Monate) mit motorischen Verhaltenstests auf einen Parkinson-Phänotyp untersucht. Zudem erfolgten Untersuchungen des dopaminergen Systems zur Detektion von neurochemischen Veränderungen und einer Neurodegeneration im nigrostriatalen Trakt. Weiterhin wurden neuroinflammatorische Prozesse des adaptiven und angeborenen IS in der SN und im Striatum mittels immunhistochemischer Färbungen beurteilt.
Ein Parkinson-Phänotyp in diesem Mausmodell zeigte sich nur leicht ausgeprägt, sodass der Rotarod- und Zylinder-Test lediglich den Hinweis auf eine nicht-signifikante Einschränkung der Motorik erbrachte. Dennoch ergab die stereologische Quantifizierung TH- und Nissl-positiver Zellen in der SNpc der hm2α-SYN-39 Mäuse eine altersabhängige, signifikant-progrediente Reduktion der dopaminergen Neurone mit zunehmendem Alter. Eine signifikant niedrigere TH-positive Zellzahl dieser tg Mäuse zeigte sich ab einem Alter von 16-17 Monaten verglichen zu gleichaltrigen wt Tieren. Dagegen war die Neurodegeneration im Striatum etwas weniger ausgeprägt. Die tg Mäuse präsentierten im Alter von 16-17 Monaten eine nicht-signifikante Erniedrigung der dopaminergen Terminalen verglichen zu gleichaltrigen wt Tieren. Ein DA-Mangel im Striatum der tg Mäuse konnte mittels HPLC bestätigt werden. Bis zum Alter von 16-17 Monaten wurde eine signifikante Reduktion der DA-Level von 23,2 % verglichen zu gleichaltrigen wt Mäusen gezeigt. Außerdem erniedrigt waren die striatalen Level von NA und 5-HAT bei tg Mäusen, passend zu den bisherigen Ergebnissen bei Parkinson-Patienten.
Immunhistochemische Untersuchungen einer Neuroinflammation im nigrostriatalen Trakt ergaben eine tendenziell erhöhte Infiltration von CD4- und CD8-positiven T-Zellen bei hm2α-SYN-39 Mäusen mit zunehmendem Alter, wobei die Infiltration CD8-positiver Zellen ausgeprägter war als bei CD4-positiven Zellen. Eine noch deutlichere neuroinflammatorische Reaktion zeigte das angeborene IS. Hierbei ergab die immunhistologische Quantifizierung CD11b-positiver mikroglialer Zellen einen hochsignifikanten Anstieg im nigrostriatalen Trakt bei hm2α-SYN-39 Mäusen schon im jungen Alter.
Zusammenfassend präsentierte dieses Parkinson-Mausmodell eine langsam-progrediente Parkinson-Pathologie mit begleitender Neuroinflammation im nigrostriatalen Trakt während des Alterns, wobei die Immunantwort der mikroglialen Zellen zu einem früheren Zeitpunkt einsetzte als die T-Zellinfiltration und Neurodegeneration. Dieses Mausmodell bietet zahlreiche Möglichkeiten zur zukünftigen Erforschung der Pathophysiologie beim MP. Generell weist diese Arbeit auf eine bedeutende Rolle neuroinflammatorischer Prozesse in der Krankheitsprogression der Parkinsonerkrankung hin und soll dazu ermutigen Neuroinflammation durchaus intensiver in tg Tiermodellen zu untersuchen.
Parkinson’s disease (PD), which is the most common motor neurodegenerative disorder has attracted a tremendous amount of research advancement amid the challenges of the lack of an appropriate model that summate all the features of the human disease. Nevertheless, an aspect of the disease that is yet to be fully elucidated is the role of the immune system particularly the adaptive arm in the pathogenesis of PD. The focus of this study therefore was to characterize the contribution of lymphocytes in PD using the AAV1/2-A53T-α-synuclein mouse model of the disease that encodes for human mutated A53T-α-synuclein. This model was suitable for this research because it reflects more faithfully the molecular pathology underlying the human disease by exhibition of insoluble α-synuclein containing Lewy-like protein aggregates as compared to the more classical toxin models used in PD research. The outcome of this study showed that stereotaxic delivery of pathogenic α-synuclein via a viral vector into the substantia nigra engender the invasion of activated CD4+ and CD8+ T lymphocytes in the brain. The invasion of activated T cells in the brain especially in the substantia nigra then results in enhanced microglial activation and the disintegration of dopaminergic neurons. In addition, it was also discovered that CD4+ T cells augmented dopaminergic cell death to a greater extent than CD8+ T cells although; axonal degeneration occurred relatively independent from T cells contribution. The ex vivo and in vitro, experiments also indicated that the T cells were not only activated but they were specific to the mutated human α-synuclein antigen. As a result, they demonstrated selectivity in inducing more cell death to primary hippocampal neurons transduced with AAV1/2-A53T-α-synuclein vector than neurons with empty viral vector infection. The mechanism of T cell induced neuronal cell loss could not be attributed to the presence of cytokines neither was it mediated through MHC I and II. On the whole, this research has established that the presence of pathogenic α-synuclein in the substantia nigra has the potential to trigger immune responses that involve the transmigration of adaptive immune cells into the brain. The infiltration of the T cells consequently has a detrimental effect on the survival of dopaminergic neurons and the progression of the disease
Auch wenn die Ätiopathogenese von Morbus Parkinson bis heute nicht vollständig geklärt ist, scheint α-Synuclein (α-Syn) eine zentrale Rolle zu spielen. Die Entdeckung als genetische Ursache der Erkrankung, als Hauptbestandteil der Lewy-Körper (LK) und seine Assoziation mit verschiedenen anderen potenziellen ätiologischen Faktoren verdeutlichen dies.
Bei Ratten und Affen führte eine AAV1/2-vermittelte Überexpression von A53T-α-Syn zu einer Degeneration dopaminerger Neurone in der Substantia nigra (SN), einem striatalen dopaminergen Defizit sowie Verhaltensauffälligkeiten. In Anbetracht bestimmter Vorteile der Mausspezies, war es das Ziel dieser Dissertation - die im Rahmen eines kollaborativen Projektes mit dem Toronto Western Research Institut in Ontario, Kanada entstanden ist - dieses auf AAV1/2-A53T-α-Syn basierende Parkinson-Modell auf Mäuse zu übertragen.
Dazu wurde AAV1/2-A53T-α-Syn oder leerer AAV1/2-Vektor in einer Dosis von 1,5 µl mit einer Konzentration von 5,16 x 10^12 gp/ml stereotaktisch einseitig in die rechte SN von C57BL/6-wt-Mäusen injiziert. Über einen Zeitraum von 11 Wochen wurden verschiedene Verhaltensexperimente durchgeführt und die beiden Versuchstiergruppen miteinander verglichen. Post-mortem erfolgten verschiedene immunhistochemische Untersuchungen.
Es konnte gezeigt werden, dass die einseitige Injektion von AAV1/2-A53T-α-Syn in die SN bei Mäusen eine weit verbreitete Überexpression von A53T-α-Syn in dopaminergen Neuronen der SN induzierte, die innerhalb von 10 Wochen zu signifikanten frühen und persistierenden motorischen Verhaltensauffälligkeiten, nigrostriataler Degeneration und Entwicklung einer Lewy-ähnlichen Pathologie führte.
Durch die Generierung und Charakterisierung dieses neuen Parkinson-Mausmodells, das klinische und histopathologische Merkmale der menschlichen Erkrankung widerspiegelt, besteht nun die Möglichkeit es weiterzuentwickeln und z.B. auf transgene Mäuse zu übertragen, um u.a. molekulare Mechanismen der Parkinson-Krankheit zu entschlüsseln und präklinische Tests von krankheitsmodifizierenden Therapien durchzuführen.
In der vorliegenden Studie untersuchten wir das Körperselbstgefühl von Patienten mit Morbus Parkinson und altersgematchten gesunden Teilnehmern mithilfe der Puppenhandillusion. Bei diesem Paradigma wird dadurch, dass die verdeckte Hand der Testperson zeitgleich mit einer sichtbaren Puppenhand bestrichen wird, das Gefühl hervorgerufen, die Kunsthand sei die eigene (gemessen mittels Fragebogen zur Illusion und propriozeptivem Drift). Eine zeitlich versetzte (asynchrone) Stimulation dient als Kontrollbedingung. Innerhalb der Parkinsonpatienten wurde darüber hinaus eine Untergruppe zusätzlich im medikamentösen OFF-Zustand untersucht.
Die Annahme, dass die Parkinsonerkrankung mit einer gestörten Körperselbstwahrnehmung einhergeht, spiegelt sich in den Ergebnissen wider: Bei den Patienten mit Parkinsonerkrankung trat unabhängig vom Stimulationsmodus ein höherer propriozeptiver Drift als bei den Gesunden ein. Wurden die Patienten anschließend nach dem Erleben der Illusion befragt, fielen die Antworten allerdings nur während der asynchronen Durchführung positiver als bei der Kontrollgruppe aus.
Die Untersuchungen des Drifts und Fragebogens im ON- gegenüber OFF-Zustand lieferten keinen Unterschied.
Die vorliegende Studie liefert Hinweise darauf, dass die gemessenen Unterschiede bei Parkinsonpatienten gegenüber Gesunden auf ein internes Rauschen eingehender sensorischer Signale beim Morbus Parkinson sowie auf die Beteiligung nicht-dopaminerger Systeme zurückzuführen sein könnten. Die zunehmende Aufmerksamkeit gegenüber einer veränderten Körperwahrnehmung bei Parkinsonpatienten und deren Grundlagen im Bereich der multisensorischen Integration könnte künftig neue Möglichkeiten in der ganzheitlichen Therapie liefern mit dem Ziel, die Lebensqualität der Patienten zu steigern.
Beim idiopathischen Parkinson Syndrom (IPS) gewinnen nicht-motorische Symptome in Forschung und Klinik zunehmend an Bedeutung. So findet sich in der Literatur vermehrt Evidenz, dass die Propriozeption bei Patienten mit IPS (PmIPS) gestört ist. Verschiedene klinische und neuroanatomische Studien weisen darauf hin, dass es beim IPS zu einer fehlerhaften sensomotorischen Integration von propriozeptiven Informationen in den Basalganglien kommt. Zudem gibt es Hinweise, dass die passiv-sensible Wahrnehmung von Propriozeption pathologisch verändert ist. Außerdem wird vermutet, dass durch propriozeptives Training eine Verbesserung der Parkinsonsymptomatik erreicht werden kann. Ein spezielles Trainingsprogramm, die LSVT-BIG-Therapie, bei der gezielt trainiert wird, Bewegungen mit einer großen Amplitude durchzuführen, konnte motorische Symptome und Mobilität beim IPS effektiv verbessern.
In der vorliegenden Arbeit stellten wir folgende Hypothesen auf: Das IPS geht mit einer fehlerhaften sensomotorischen Integration von Propriozeption einher. Die afferente propriozeptive Wahrnehmung ist ebenfalls pathologisch verändert. Eine propriozeptive Rekalibrierung ist mithilfe der LSVT-BIG-Therapie möglich.
Für die Überprüfung dieser Hypothesen schlossen wir 30 PmIPS und 15 gesunde Probanden in unsere Fall-Kontroll-Studie ein und führten eine Eingangsuntersuchung durch. 11 PmIPS absolvierten anschließend eine vierwöchige LSVT-BIG-Therapie. Die Folgeuntersuchungen fanden 4 und 8 Wochen nach der Eingangsuntersuchung statt.
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Diese beinhalteten neuropsychologische Testungen, außerdem die Bestimmung der Lebensqualität, die Erhebung des motorischen Teils der Movement Disorder Society Unified Parkinson´s Disease Rating Scale (MDS-UPDRS III), Untersuchungen zur Feinmotorik, die Durchführung einer diagnostischen Transkraniellen Magnetstimulation (TMS) sowie Testverfahren zur Propriozeption, darunter sowohl Zeigeversuche, als auch die Bestimmung der Position einer Extremität, ohne visuelle Kontrolle.
Die Ergebnisse zeigten, dass die IPS-Gruppe gegenüber der gesunden Kontrollgruppe signifikant größere Zeigefehler machte, wohingegen die Bestimmung der Position einer Extremität in beiden Gruppen vergleichbar präzise möglich war. Zusätzlich zeigte eine von sieben Messungen der Feinmotorik einen signifikanten Unterschied zwischen PmIPS und Kontrollen. Die Messungen der TMS erbrachten hingegen keine signifikant messbaren Unterschiede zwischen den Gruppen.
In den Folgeuntersuchungen nach therapeutischer Intervention ergaben die Zeigeübungen eine signifikante Verbesserung der BIG-Gruppe im Zeitverlauf. Die Untersuchungen zu Feinmotorik und MDS-UPDRS III ergaben zwar eine tendenzielle Verbesserung durch die LSVT-BIG-Therapie, waren jedoch statistisch nicht signifikant.
Die Lebensqualität der PmIPS in der BIG-Gruppe verbesserte sich signifikant nach Intervention.
Die Ergebnisse sprechen für die Hypothese der fehlerhaften propriozeptiven Integration beim Morbus Parkinson. Dies zeigte sich für aktive sensomotorische Tasks, nicht hingegen in der passiv-sensiblen propriozeptiven Testung.
Auch wenn weitere Studien mit größeren Kohorten benötigt werden, legt unsere Studie nahe, dass die LSVT-BIG-Therapie mit einer propriozeptiven Rekalibrierung einhergeht. Damit erklärt sich möglicherweise der nachhaltige Erfolg der Therapie.
In einer Vielzahl von epidemiologischen Studien zeigten Patienten, die an einem idiopathischen Parkinson-Syndrom (IPS) erkrankt waren, erniedrigte Vitamin D-Serumspiegel (25-(OH)-Vit D). Die Rolle von Vitamin D im Knochenstoffwechsel ist weitgehend bekannt, allerdings konnten Assoziationen zwischen Vitamin D und chronischen Erkrankungen, die das Nervensystem sowie das kardiovaskuläre und immunologische System betreffen, nachgewiesen werden. In Tiermodellen konnten anti-oxidative Effekte von Vitamin D im Nervensystem gezeigt werden. In den letzten Jahren häuften sich allerdings Studien, die gegen einen direkten Zusammenhang zwischen IPS und Vitamin D sprechen. Demnach stellt sich die Frage, ob dem gehäuften Auftreten eines Vitamin D-Mangels bei IPS-Patienten eine krankheitsspezifische Ursache zugrunde liegt oder ob diese lediglich ein unspezifisches krankheitsbegleitendes Phänomen darstellt.
In der vorliegenden Arbeit wurden in einer retrospektiven Analyse Parkinson-Patienten aus der neurogerontopsychiatrischen Tagesklinik sowie der neurogeriatrischen Frührehastation der Neurologischen Klinik der Universitätsklinik Würzburg hinsichtlich ihres 25-(OH)-Vit D-Serumspiegel mit zwei Kontrollgruppen bestehend aus Patienten mit psychiatrischer bzw. anderweitig neurologischer Erkrankung, die keiner Parkinson-Erkrankung entsprach, verglichen. Im Anschluss wurde auf mögliche Konfounder sowie der Zusammenhang zwischen IPS-Risiko bzw. Krankheitsschwere und 25-(OH)-Vit D-Serumspiegel untersucht.
Der mittlere 25-(OH)-Vit D-Serumspiegel der Neurologie-Gruppe war im Vergleich zur Psychiatrie-Gruppe signifikant niedriger. Der Unterschied zwischen IPS-Gruppe und Psychiatrie- bzw. Neurologie-Gruppe war nicht signifikant. Bei Hinzunahme von weiteren rekrutierten Parametern (Body-Mass-Index, Frailty, Sturzanamnese, Gehhilfe, CHA2DS2-VASc-Score, C-reaktives Protein, Hämoglobin) konnte kein signifikanter Unterschied zwischen der Neurologie- und Psychiatrie-Gruppe mehr gefunden werden.
Das Risiko sowie die Krankheitsschwere einer Parkinson-Erkrankung, gemessen am Hoehn-Yahr-Stadium und den erreichten Werten im MDS UPDRS III, korrelierten mit dem Vitamin D-Serumspiegel. Allerdings war auch hier nach Hinzunahme von Kovariaten wie Alter, Geschlecht und Krankheitsdauer der Effekt nicht mehr signifikant.
Die Ergebnisse unterstützen die Annahme, dass die vorgefundenen niedrigen 25-(OH)-Vit D-Serumspiegel bei Parkinson-Patienten ein krankheitsbegleitendes Phänomen ist, das womöglich durch die eingeschränkten motorischen Fähigkeiten mit resultierend niedriger Sonnenexposition bedingt ist und durch zunehmende Kranheitsdauer und damit Krankheitsschwere verstärkt wird. Da es sich jedoch beim IPS um eine Krankheit handelt, die zum Einen mit motorischen Einschränkungen und resultierend erhöhtem Sturzrisiko einhergeht und zum Anderen vorwiegend Menschen höheren Alters betrifft, besteht ein erhöhtes Osteoporose- und sturzbedingtes Frakturrisiko, sodass ein Monitoring des Vitamin D-Serumspiegels sowie eine gegebenenfalls notwendige Vitamin D-Supplementierung weiterhin eine Rolle in der Behandlung von Parkinson-Patienten spielen.
Parkinson’s disease (PD) is among the most common neurodegenerative conditions, and it is characterized by the progressive loss of dopaminergic neurons and a great variability in clinical expression. Despite several effective medications, it still causes disability as all patients show treatment-resistant symptoms and complications.
A possible reason for this therapeutic-burden and great clinical variability lies in a probable misconception about its pathophysiology, one that focuses on neurodegeneration, while largely neglecting its functional consequences and the related compensatory changes. In this thesis, I expand on the hypothesis that some PD symptoms have a dysfunctional origin and reflect derangements of neural network dynamics, the means by which brain coordination supports any motor behaviour. In particular, I have investigated resting tremor and freezing of gait, two common symptoms with an enigmatic mechanism and suboptimal management.
In the case of tremor, I predicted a pathological change in response to dopamine loss, which included the activation of noradrenergic (NA) neurons of the locus coeruleus (LC) projecting to the cerebellum. This compensatory LC activation that supports dopaminergic neurons might indeed come at the expense of tremor development. To assess the role of LC-NA in tremor development, I recorded tremor occurrence in the reserpinized rat model of PD, one of very few showing tremor, after selective lesioning (with the neurotoxin DSP-4) of the LC-NA terminal axons. DSP-4 induced a severe reduction of LC-NA terminal axons in the cerebellar cortex and this was associated with a significant reduction in tremor development. Unlike its development, tremor frequency and the akinetic rigid signs did not differ between the groups, thus suggesting a dopaminergic dependency. These findings suggest that the LC-NA innervation of the cerebellum has a critical role for PD tremor, possibly by exerting a network effect, which gates the cerebello-thalamic-cortical circuit into pathological oscillations upon a dopaminergic loss in the basal ganglia.
In contrast, for the study of freezing of gait, I worked with human PD subjects and deep brain stimulation, a therapeutic neuromodulation device that in some prototypes also allows the recording of neural activity in freely-moving subjects. Gait freezing is a disabling PD symptom that suddenly impairs effective stepping, thus causing falls and disability. Also in this study, I hypothesized that the underlying pathophysiology may be represented by dysfunctional neural network dynamics that abruptly impair locomotor control by affecting the communication in the supraspinal locomotor network. To test this hypothesis, I investigated the coupling between the cortex and the subthalamic nucleus, two main nodes of the supraspinal locomotor network, in freely-moving subjects PD patients and also performed molecular brain imaging of striatal dopamine receptor density and kinematic measurements. I found that in PD patients, walking is associated with cortical-subthalamic stable coupling in a low-frequency band (i.e. θ-α rhythms). In contrast, these structures decoupled when gait freezing occurred in the brain hemisphere with less dopaminergic innervation. These findings suggest that freezing of gait is a “circuitopathy”, with dysfunctional cortical-subcortical communication.
Altogether the results of my experiments support the hypothesis that the pathophysiology of PD goes beyond neurodegenerative (loss-of-function) processes and that derangement of neural network dynamics coincides with some disabling PD symptoms, thus suggesting that PD can be interpreted as the combination of multiple circuitopathies.