Role of subthalamic nucleus and pedunculopontine nucleus in gait and balance in humans
Rôle du noyau sous-thalamique et du noyau pédonculopontin dans la marche et l'équilibre chez l'homme
Résumé
The respective roles of basal ganglia (BG) and the mesencephalic locomotor region (MLR) in the postural control and locomotion are not clearly established in humans. In these circuits, the subthalamic nucleus (STN) and the pedunculopuntine nucleus (PPN), two interconnected structures, appear to be involved in the locomotor pattern control and postural maintenance. Indeed, in patients with Parkinson’s disease (PD), characterized by a progressive loss of dopaminergic neurons and representing a model of dysfunction of the BG, there are dysfunctions of STN activity that could cause braking of movement underlying motor block (freezing of gait-FOG). In the PPN, greater loss of cholinergic neurons is observed in PD patients with falls. In this research, we studied STN activity and the effects of modulating the PPN activity during the stages of gait initiation (GI) in patients with PD. We found a modulation of activity of the STN with synchronization in the alpha frequency band before the postural adjustments and the execution of step, with PPN coherence. Low frequency stimulation of the PPN improved postural control with no significant effect on the locomotion. These data suggest that the STN is involved in the preparation of GI and the PPN has a leading role in postural control in humans. In a second part, we examined the role of the cortex-basal ganglia-PPN circuit in FOG and falls in a non-parkinsonian elderly population and demonstrated a selective lesion of this circuit in these subjects. Taken together, these data support the pathophysiological hypothesis for the origin of abnormal gait and balance in patients with PD, with lesion and/or dysfunction of the cortex-BG-PPN.
Le rôle respectif des ganglions de la base (GB) et de la région locomotrice dans le contrôle locomoteur et postural n'est pas établi chez l'homme. Au sein de ces circuits, le noyau sous-thalamique (NST) et le noyau pédunculopontin (NPP) semblent impliqués dans le pattern locomoteur et le maintien de l'équilibre. En effet, chez les patients avec maladie de Parkinson (MP), caractérisée par une perte des neurones dopaminergiques et représentant un modèle de dysfonctionnement des GB, des dysfonctionnements de l'activité du NST seraient à l'origine d'un freinage du mouvement, jusqu'au blocage moteur (freezing de la marche-FOG). Dans le NPP, des lésions cholinergiques sont retrouvées chez les patients MP avec des chutes. Dans ce travail de recherche nous avons étudié le rôle du NST et les effets de la modulation de l'activité du NPP sur les étapes de l'initiation de la marche (GI) chez les patients avec MP. Nous avons retrouvé une synchronisation dans la bande de fréquence alpha précédant l'exécution du pas, en cohérence avec le NPP. La stimulation à basse fréquence du NPP améliore le contrôle postural. Ces données suggèrent que le NST est impliqué dans la préparation de la GI, et que le NPP a un rôle dans le contrôle postural chez l'homme. Dans une seconde partie, nous avons examiné le rôle des lésions du circuit cortex-GB-NPP dans la survenue du FOG et des chutes chez des sujets âgés non-parkinsoniens et démontré une lésion sélective de ce circuit chez ces sujets. Finalement, l'ensemble de ces données confortent les hypothèses physiopathologiques à l'origine des troubles de la marche et de l'équilibre chez les patients MP avec lésion/dysfonction du circuit cortex-GB-NPP.
Origine : Version validée par le jury (STAR)