Desynchronization of temporal lobe theta-band activity during effective anterior thalamus deep brain stimulation in epilepsy

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作者
Maximillian Scherer,Luka Milosevic,Robert Guggenberger,Volker Maus,Georgios Naros,Florian Grimm,Iancu Bucurenciu,Bernhard J. Steinhoff,Yvonne G. Weber,Holger Lerche,Daniel Weiß,Sabine Rona,Alireza Gharabaghi
出处
期刊:NeuroImage [Elsevier]
卷期号:218: 116967-116967 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.neuroimage.2020.116967
摘要

Bilateral cyclic high frequency deep brain stimulation (DBS) of the anterior nucleus of the thalamus (ANT) reduces the seizure count in a subset of patients with epilepsy. Detecting stimulation-induced alterations of pathological brain networks may help to unravel the underlying physiological mechanisms related to effective stimulation delivery and optimize target engagement. We acquired 64-channel electroencephalography during ten ANT-DBS cycles (145 ​Hz, 90 ​μs, 3–5 ​V) of 1-min ON followed by 5-min OFF stimulation to detect changes in cortical activity related to seizure reduction. The study included 14 subjects (three responders, four non-responders, and seven healthy controls). Mixed-model ANOVA tests were used to compare differences in cortical activity between subgroups both ON and OFF stimulation, while investigating frequency-specific effects for the seizure onset zones. ANT-DBS had a widespread desynchronization effect on cortical theta and alpha band activity in responders, but not in non-responders. Time domain analysis showed that the stimulation induced reduction in theta-band activity was temporally linked to the stimulation period. Moreover, stimulation induced theta-band desynchronization in the temporal lobe channels correlated significantly with the therapeutic response. Responders to ANT-DBS and healthy-controls had an overall lower level of theta-band activity compared to non-responders. This study demonstrated that temporal lobe channel theta-band desynchronization may be a predictive physiological hallmark of therapeutic response to ANT-DBS and may be used to improve the functional precision of this intervention by verifying implantation sites, calibrating stimulation contacts, and possibly identifying treatment responders prior to implantation.
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