上QQ阅读APP看书,第一时间看更新
第二节 脑深部电刺激对神经元活动的影响
基底节的各个核团通过抑制性和兴奋性连接形成了复杂的神经网络。该网络的传入纤维主要来自大脑皮质和丘脑,传出纤维通过丘脑到达皮质,或到达脑干的脚桥核和中脑锥体外系区。植入脑内的刺激电极可同时发挥局部和远端效应。局部效应可通过观察刺激核团的神经元反应来进行研究,而远端效应则由于刺激效应可通过基底节-丘脑-皮质环路顺行或逆行传导,因此要监测刺激核团的上游和下游核团的神经元反应来进行研究。阐明DBS的作用机制需要同时关注其局部和远端刺激效应。
一、刺激核团的神经元电生理记录
STN位于基底节内中间位置,直接影响基底节的主要传出结构苍白球内侧部(GPi)和黑质网状部(substantia nigra reticulate,SNr)。STN神经元为同步激活,由持续性钠离子通道的起搏点活动控制。起搏点活动受大脑皮质和小部分丘脑的兴奋性调节和GPe抑制性调节。STN神经元同步放电频率约为20Hz。对于帕金森病患者,STN神经元放电过度活跃,表现为爆发性放电和不规律模式,平均放电频率约为40Hz,这种过度活跃的电活动可能会增加基底节对丘脑的抑制作用,抑制丘脑的兴奋性传出,导致皮质电活动减少,出现运动功能减退症状(图3-1)。基于这一帕金森病的频率模型,STN或GPi毁损能降低GPi对丘脑的过度抑制,从而改善帕金森病的运动症状。临床上STN或GPi毁损对帕金森病运动症状的改善也证实了这一假说。
图3-1 直接通路和间接通路示意图
帕金森病患者STN过度活跃,STN对GPi的兴奋作用增强,使基底节对丘脑的抑制作用增大
最早关于DBS机制的假说试图通过证明高频电刺激抑制神经元放电,并减少刺激靶点的传出活动来解释毁损术和DBS术在临床效果上的相似性。与这一假说一致的是,有研究发现STN高频电刺激抑制STN神经元活动。Meissner等人记录了能改善帕金森病猴模型的对侧僵直症状的高频电刺激(100μA,130Hz,60μs)在刺激前、刺激中及刺激后的STN神经元电活动。结果显示治疗性刺激将STN神经元平均放电频率从19Hz降至8Hz,在刺激实验结束后100毫秒内电活动回到基线水平。Meissner等人认为STN平均放电频率的降低是由于STN神经元的放电特性在每次刺激脉冲中被重置为零,刺激脉冲结束后3毫秒神经元电活动开始恢复,约7毫秒后恢复到基线水平。130Hz的刺激脉冲间隔为7.7毫秒,意味着神经元只有极短的时间以基线水平放电,因此其平均放电频率被降低。
进一步支持DBS抑制靶点神经元的证据来自于人类STN和GPi的电生理记录。人类STN-DBS研究发现在刺激过程中STN几乎所有细胞活动减少或完全抑制。刺激实验结束后150毫秒时,约50%细胞完全抑制,其余细胞表现出非一致性影响。刺激还使STN神经元放电频率平均降低77%。大鼠研究也发现对清醒或麻醉大鼠的STN-DBS能使STN活动受抑制。对帕金森病患者或帕金森病猴模型的GPi给予高频电刺激时,苍白球神经元的改变也表现出类似结果。
此前的相关实验已证实高频电刺激减少局部神经元活动,接下来的问题是导致这种抑制作用的原因。一般认为电刺激使神经元兴奋,所以对于这种抑制现象的机制解释指向去极化阻滞——膜电位增加及钠离子通道失活导致电活动中断,和突触抑制——刺激诱发抑制性突触前末梢激活。支持去极化假说的依据主要来自离体实验。STN神经元在刺激的初始阶段表现出放电增加,但随即失去反应,表明钠离子通道失活。但也有离体实验发现STN高频电刺激产生与刺激脉冲同步的尖峰爆发式放电。在体实验则支持突触抑制的假说。离体切片与抑制性传入联系中断可以解释两种不同类型实验的结果差异。在体状态下不会出现去极化阻滞,因为STN高频电刺激只能减少但不能完全阻断神经元活动,即使在每个刺激脉冲后会发生抑制,但抑制和恢复会潜在发生。事实上,在体实验中还有一小部分STN神经元由于STN中的兴奋性传入激活而被兴奋。刺激诱发的突触抑制还能解释GPi高频电刺激的抑制效应,因为GPi也接受GPe强有力的抑制性联系。值得关注的是,一项关于丘脑DBS的研究发现主要接受兴奋性传入的丘脑神经元也可以被刺激兴奋。
二、下游核团的神经元记录
前一章节讨论了DBS抑制刺激核团的神经元活动的实验结果,然而神经元活动抑制并不一定代表神经核团传出减少。事实上,许多实验研究都指出刺激使神经核团的传出增加。对这种分离现象的机制,有一种解释认为尽管神经元胞体被抑制,但轴突被兴奋。轴突是神经元最容易被细胞外刺激兴奋的结构,它们有可能被DBS激活。直接记录轴突活动很难,但可以通过记录接受刺激核团传入信息的细胞活动间接监测轴突活动。STN神经元发送兴奋性谷氨酸能纤维投射到GPe和基底节的两个传出结构,GPi和SNr。记录这些靶点核团能反映DBS对下游核团的影响,这对我们理解DBS的作用机制至关重要。
利用这种方法,Hashimoto等人发现STN-DBS使GPe和GPi的神经元活动增加,即证实STN传出增加。一项对清醒帕金森病猴模型的实验设计严格模拟人类DBS系统。在猴的STN植入缩小版的临床DBS电极(直径0.75mm,触点长0.5mm,触点间距0.5mm)并在体内植入脉冲发生器。治疗性刺激参数使猴的对侧肢体僵直和运动迟缓减轻,自主活动增加。微电极记录治疗参数刺激和非治疗参数刺激期的GPe和GPi电活动,构建刺激放电前后时间直方图。在治疗性刺激期,多数神经元表现出平均放电频率的明显增加。此外,这些神经元对STN刺激呈持续性反应模式,刺激后3毫秒和6.5毫秒时间直方图上出现两个电活动增加的持续波峰。兴奋性波峰周围是抑制期,在GPi神经元中格外显著,因为它们同时接受来自GPe的抑制性GABA能联系。这种精确的延迟性兴奋模式导致GPe和GPi的活动规律化。在非治疗参数刺激期间(不给刺激或达不到刺激程度),GPi活动的放电频率和模式没有明显变化。这些结果说明治疗性的STN-DBS激活STN-GPi投射,同时使GPi神经元的不规律放电模式变成更加规律的与刺激同步的放电模式。作者认为这就是与帕金森病症状改善相关的假说。Kita等人也发现了猴的STN-DBS使GPe和GPi的兴奋延迟。该研究发现GPe神经元的兴奋性反应是谷氨酸能,而GPi的抑制性反应是GABA能,且起源于GPe。该研究中所发现的GPi抑制性反应比Hashimoto等人的研究发现更加显著。在进一步支持“传出激活”假说的灵长类动物研究中,Anderson等人发现刺激GPi抑制了丘脑活动,刺激GPe的过程中STN神经元活动受抑制。这些研究发现与GPi投射到丘脑的抑制性GABA能神经元激活的结论一致。
对大鼠接受STN投射的核团神经元的电生理记录实验普遍支持DBS使STN传出激活的观点。Shi等人同步记录帕金森病大鼠基底节区多个区域的神经元活动,发现STN-DBS(50~175μA,130Hz,60μs)使GPe和SNr的神经元发生兴奋和抑制的数目几乎相等,大鼠的踏车运动得到改善。类似的,Maurice等人对正常麻醉大鼠的研究发现STN-DBS在低电流(20~80μA)时引起SNr神经元抑制,在高电流(100~240μA)时使其兴奋。作者认为抑制性反应是由于抑制性苍白球-黑质纤维或黑质内GABA能神经元激活,而兴奋性反应是由于STN-SNr投射纤维直接激活。Benazzouz等人发现了GPe的长时兴奋现象,可能与STN的兴奋性传出激活有关。然而,许多麻醉状态的正常大鼠的研究也发现相反的结果,即高电流的STN-DBS(400μA)使SNr的放电减少。刺激电流的差异,刺激电极的具体位置以及大鼠的麻醉方法都可能导致不同研究的结果不同。然而这些结果差异也证明了刺激产生的兴奋和抑制反应的复杂模式,同时证明了刺激对多突触通路(如STN-GPe-SNr)和靶点周围纤维束(如黑质-纹状体、苍白球-丘脑、苍白球-黑质等)的刺激效应的重要性。
许多对帕金森病患者记录下游核团活动的研究也支持传出激活的假说。Galati等人记录到治疗性STN-DBS刺激期间,SNr神经元的放电频率增加,放电模式更加规律。然而,Maltete等人记录结果显示SNr放电减少,尽管他们也记录到了在7毫秒的脉冲间隙中神经元活动的抑制-兴奋-抑制模式。类似于大鼠研究中的发现,Maltete等人的研究中使用的较小电极和较低刺激电流优先激活GPe-STN突触传入,抑制了STN自发性放电。这种刺激参数没有带来治疗效应,它可能是一种阈下刺激,不能直接激活足够数量的STN-SNr轴突以达到SNr神经元活动的总体增加。Montgomery报道了在GPi-DBS时单一刺激脉冲后3.5~5毫秒后丘脑神经元活动的减少,与GPi顺行性传出激活导致丘脑神经元抑制的观点一致。此外,人类PET研究发现STN-DBS使GPi区域的血流增加,丘脑DBS使皮质血流增加,与刺激靶点传出激活的观点一致。类似的,一项fMRI研究发现接受STN-DBS的患者GPi内的血氧水平相关信号增加。
回顾实验数据可以发现尽管刺激核团的神经元胞体活动被抑制或限制,但这些神经元的轴突被激活。当STN的谷氨酸能神经元轴突被激活时,下游神经元兴奋;当GPi的GABA能神经元轴突被激活时,下游神经元抑制;当涉及多突触通路时出现兴奋与抑制并存。例如,STN-DBS对GPi的反应受STN-GPi投射的直接兴奋和STN-GPe-GPi通路的间接抑制的双重影响。此外,逆轴突激活的现象也应受到关注,如STN-DBS使皮质的传入性投射纤维激活,可能影响皮质和纹状体的活动。总之,神经元电生理记录研究认为DBS通过激活抑制性突触前末梢抑制局部细胞胞体,同时激活局部神经元的投射轴突、信息纤维和周围的纤维通路,导致兴奋性和抑制性效应的复杂模式,从而不仅调节基底节的局部活动,同时调节整个基底节-丘脑-皮质网络。治疗性刺激使该网络发生的特异性改变及其在缓解帕金森病运动症状中发挥的作用仍需要进一步研究。
三、神经化学和基因表达研究
STN-DBS的神经化学和基因表达研究在很大程度上支持了单细胞电生理记录研究的结论,并对刺激期间神经网络的变化提供了进一步证据。对正常大鼠麻醉状态的微透析研究发现STN高频电刺激期间,SNr和GPi出现谷氨酸水平升高,SNr还出现GABA水平升高,这与STN的传出增加相一致。同时这一升高现象具有频率依赖性,与DBS临床应用中的频率依赖曲线高度相似。在帕金森病大鼠中,GPi和SNr的谷氨酸和GABA基础水平高于正常大鼠,符合STN过度活动的表现(纹状体间接通路的过度活动与GPi的GABA水平升高有关)。在麻醉状态的帕金森病动物进行STN-DBS(500μA)期间,SNr的GABA水平升高,但与正常大鼠反应相反的是没有发现谷氨酸升高。毁损GPi消除了GABA升高,说明GPi神经元构成了SNr内GABA的主要来源,尽管其他通路如抑制性纹状体黑质投射或SNr神经元旁路也与其有关。由于没有在GPi中测出谷氨酸水平升高,作者认为STNDBS直接刺激到GPi-SNr纤维(而不是通过STN-GPi传入纤维)。
一项对清醒帕金森病大鼠和正常大鼠的研究观察了STN-DBS对SNr的生化影响。当使用高电流刺激(75~200μA)时出现前肢运动障碍,正常大鼠SNr的谷氨酸和GABA水平升高,但帕金森病大鼠只有谷氨酸水平升高。当使用低电流刺激(<60μA)时,帕金森病大鼠SNr的GABA水平升高,谷氨酸水平未升高(正常大鼠无变化)。这一结果与神经记录实验结果相一致,后者发现高电流刺激使SNr活动增加,低电流刺激使其活动减少。在这些实验的设计中没有包括对治疗效果的研究,但是对于帕金森病患者的研究认为上述机制与帕金森病症状改善有关。
比较大鼠和人类的微透析结果发现有一些相似性,同时也显示出可能有多种机制参与治疗效应。正常大鼠的研究结果发现STN-DBS使苍白球谷氨酸水平升高,与STN输出增加一致。但与预期结果相反的是,在帕金森病大鼠研究中未发现类似的苍白球谷氨酸水平升高。在人类研究中发现环磷酸鸟苷(cyclic guanosine monophosphate,cGMP)升高并伴有临床症状改善,而cGMP被认为是谷氨酸能信号通路的第二信使。对帕金森病大鼠谷氨酸升高现象缺失的一种可能的解释是帕金森病大鼠苍白球谷氨酸水平基础值较高,因此进一步升高难以检测出来。帕金森病患者STN-DBS使cGMP升高及SNr放电频率增加也支持这一观点。
STN-DBS刺激期间也检测出纹状体谷氨酸,GABA和多巴胺水平的变化。少量的STN到纹状体的投射纤维可能无法解释这种现象。一种观点是需要用刺激对神经网络产生的多种变化来解释这些现象。关于这种现象的病因学研究发现在帕金森病大鼠中纹状体的谷氨酸和GABA水平高于正常大鼠,并在单侧STN-DBS时双侧水平继续升高。同时,这种升高现象似乎受多巴胺拮抗剂的调节。微透析和电流滴定研究发现正常大鼠和帕金森病大鼠STN-DBS期间纹状体的多巴胺代谢也会增加。对这一现象的解释已有多种假说。一种假说认为STN-DBS抑制SNr神经元,从而使黑质致密部(substantia nigra pars compacta,SNc)活动增加,同时导致纹状体多巴胺释放。另一种假说认为STN-DBS导致走行于STN背侧的黑质纹状体多巴胺能纤维激活。STN同样直接发出轴突到达SNc,因此直接激活多巴胺能SNc神经元也是一种可能的假说。与这些假说一致的是,刺激脚内核不会导致纹状体多巴胺的升高。脚内核对纹状体或黑质没有直接联系,其周围也没有多巴胺能纤维束。
近期发现对部分去多巴胺能神经支配大鼠的STN高频电刺激能调节急性左旋多巴对纹状体细胞外多巴胺浓度和代谢的反应。事实上,对正常大鼠和去多巴胺能神经支配的大鼠注射左旋多巴后1小时观察到的最大效应为纹状体多巴胺水平明显升高,且去多巴胺能神经支配的大鼠的升高比正常大鼠更加显著。左旋多巴最大效应稳定维持1小时后降至基础值。正常大鼠的STN高频电刺激对左旋多巴诱导的纹状体细胞外多巴胺浓度显著升高或返回基础值没有影响,观察结果与未刺激的正常大鼠相似。相反地,在去多巴胺能神经支配的大鼠中,STN高频电刺激加强了左旋多巴诱导的纹状体多巴胺水平的升高,并且在刺激后能维持2.5小时,没有观察到刺激正常大鼠和未刺激大鼠的多巴胺返回基线水平的现象。这些神经生化结果表明在去多巴胺能神经支配的大鼠中STN高频电刺激可能通过调节多巴胺摄取和合成过程干扰多巴胺水平的反转,说明持续平稳的多巴胺水平和适应性机制与缓解左旋多巴相关的运动波动有关。尽管动物实验发现纹状体多巴胺的明显升高为STN-DBS对帕金森病症状的改善提供了一种很好的解释,但对人类的研究却没有提供相似的证据。许多PET研究在STN-DBS期间测定多巴胺转运体没有发生变化,说明刺激STN的治疗效应并非通过纹状体多巴胺释放来介导。然而,人类和动物实验结果之间的不一致也许源于测定神经递质水平方法的差异。例如,PET的测定阈值要高于微透析法和恒定电流滴定法,多巴胺释放也许可以被某些方法检出,而另一些方法则无法检出。另外一种可能性是晚期帕金森病患者可能只有很少的SNc神经元可以释放多巴胺,此类患者在使用PET成像时,多巴胺水平的改变程度不足以被PET技术检出。
测定蛋白和基因表达水平的分子研究认为基底节核团和大脑皮质接受投射区发生了刺激诱发的变化。正常大鼠和帕金森病大鼠在刺激期间出现STN的CoI-mRNA水平降低,与刺激抑制STN神经元活动的假说一致。STN短期刺激降低了SNr的谷氨酸脱羧酶67kDa异构体(GAD67)水平,但GPe中无此变化。GAD67是一种GABA神经元活动标记物。但是慢性刺激(4天)也使GPe内的GAD67降低,说明STN-DBS参与长期适应性进程。GAD67的下降说明STN下游核团活动减少,这与STN传出增加的研究结果相悖。然而,在之前的大鼠试验中,对STN进行如上述实验相同的低电流刺激,导致基底节传出结构抑制,而在治疗性刺激时不会出现这一现象。即刻早期基因的表达是一种神经元活动变化的标志。STN-DBS导致即刻早期基因编码蛋白表达的快速变化,如多个STN投射区内的c-Fos,c-Jun和Krox-24等。与神经记录实验一致的是,这些研究说明刺激期间STN活动降低,但同时投射区神经元活动出现了与STN传出激活一致的跨突触调节。
四、脑深部电刺激的计算机模型
一个神经元可以在细胞外电刺激期间同时被抑制或激活这一观点也许自相矛盾,但实验学研究和计算机模型研究却支持这种说法。解释这一明显矛盾的神经电生理学的关键点在于,当一个细胞暴露于胞外刺激时,刺激诱发的动作电位起源于轴突而非胞体。如此一来,胞体的抑制可以与轴突激活同时发生。一项DBS刺激丘脑皮质神经元的计算机模拟研究发现神经元相对于电极的位置决定该神经元的输出放电特征。靠近刺激电极的神经元会由于抑制性突触前末梢的激活导致其自发性放电活动受抑制,但它的轴突会被直接激活。因此,该神经元会产生与刺激频率同步的放电。远离电极的神经元会受抑制性突触的影响,原因是突触末梢是最兴奋的神经元结构。然而,刺激对于直接轴突激活是一种阈下刺激,神经传出会与胞体传出相似,被总体或部分抑制。
如果一个神经元相对于电极的位置决定其对刺激的反应,那么STN内及其周围神经元对STN-DBS的反应又如何呢?Miocinovic等人建立了一个根据Hashimoto描述的猴STNDBS的综合性计算机模型。其目的是对两只帕金森病恒河猴分别测定治疗性刺激和非治疗参数刺激激活的STN投射神经元和邻近苍白球-丘脑纤维的数量。为了将每只动物的刺激结果和行为学改变关联起来,建立了猴基底节详细的精确解剖模型。通过动物核团的组织切片重建核团的3D解剖模型。将一个可视的DBS电极植入STN,与实验中通过组织学证实的位置相同。STN投射神经元和苍白球-丘脑纤维被置于3D核团中正确的解剖位置和方向上。神经元几何模型基于STN和GPi神经元和纤维的精确重建,它们的生物物理特性反映了帕金森猴神经元的放电特征。通过一个有限元模型计算DBS电极在组织中产生的电压,应用于STN神经元和苍白球-丘脑纤维模型,确定刺激对这些神经结构的效应。
DBS电极产生的电压场是一种3D现象,其对单个神经元和纤维的影响取决于细胞在这个场中的位置和方向。刺激模型神经元和轴突产生沿着每个与细胞外电压的二阶导数相关的神经结构分布的复杂的极化。如设想的那样,基于这个模型,刺激诱发的动作电位起源于轴突。在STN的投射神经元中清楚展现了胞体和轴突活动的去耦合。抑制性传入对自发性胞体活动呈现与突触强度成比例的抑制。然而,轴突放电和由此产生的神经元输出大多不受这些抑制性输入的影响。当神经元的轴突末梢放电对至少80%的刺激脉冲产生反应时认为神经元被激活。在两只猴中,约有50%的模型STN神经元轴突在治疗性刺激中被激活,与非治疗性刺激有明显区别。在一只猴中,大量走行于STN背侧的GPi纤维被治疗性刺激激活,而另一只猴只有一部分GPi轴突被治疗性刺激激活。这些发现与实验记录进行比较并确认。DBS电极的位置被认为是关键因素,微米级的移动会对刺激结果产生明显的变化。
五、丘脑底核脑深部电刺激的刺激触点与刺激效应
在研究DBS作用机制时,首先关注的问题是刺激靶点神经元的反应。然而刺激效应通常会超出靶点核团的解剖界限。STN尤其如此,在这个很小的核团周围分布着许多重要的纤维束(图3-2)。大鼠的神经元记录和生化研究发现黑质-纹状体纤维束在DBS刺激STN时被激活并发挥治疗作用。一项计算机模拟技术研究中,DBS刺激猴的STN,当达到治疗刺激强度时发现苍白球-丘脑纤维束被明显激活。这一纤维束也被称为豆核束或Forel H2区,携带GPi到丘脑运动区的抑制纤维走行于STN背侧。豆核束和位于其背侧的小核团——未定带由于靠近DBS电极也被认为是可能的治疗靶点。与之相类似,激活经过STN的小脑-丘脑纤维可能与DBS刺激STN治疗特发性震颤的作用机制有关。值得关注的是GPi本身也是DBS治疗帕金森病的有效植入靶点。激活GPi邻近或内部纤维束的潜在作用机制仍在探讨,但可能和DBS刺激STN时激活邻近纤维通路参与治疗机制的假说有相似之处。
图3-2 丘脑底核周围纤维束
丘脑底核电刺激效应(虚线范围)影响到周边的纤维通路,包括黑质-纹状体和苍白球-丘脑等(1.丘脑;2.纹状体;3.外侧苍白球;4.内侧苍白球;5.未定带;6.丘脑底核;7.黑质;8.视束;9.外侧膝状体)
DBS刺激STN的电极植入位置对治疗效果的影响一直存在争论。一种观点认为电极的有效触点应位于STN内部才能发挥最佳刺激效应,而另一种观点认为最佳刺激效应需要激活包括STN背侧白质区在内的部分。DBS电极有4个触点,对每例患者都要结合临床确定一个能最大程度减轻症状同时伴有最小并发症的最佳触点。可根据术中的神经电生理数据、脑图谱和术后影像来确定有效触点相对于靶点和周围组织的位置。这些方法的精确性尚待明确,但它们可提供参考性意见。如果采用双极刺激,则负极触点位置最为重要,因为负极刺激对激活轴突作用最明显。
许多研究结果都支持发挥治疗效应的最佳触点应靠近STN背侧边界的假说,这样刺激效应可以影响到豆核束和未定带。STN的背外侧部发出投射纤维到皮质运动区,而被称为STN运动区。因此有人认为刺激该部可以对运动症状产生最大的治疗效果。然而,在刺激过程中电流可能会传导至运动区以外,影响到经过该处的纤维束。目前尚不清楚是否刺激STN背侧结构比刺激STN本身更加有效,还是联合刺激STN及周围组织能使STN成为治疗帕金森病的最佳靶点。有多项研究发现刺激STN背侧结构的效果差于刺激该核团背侧边界。但同时另有一项关于比较刺激STN的背侧边界和未定带效果的研究提出后者是最有效的靶点。有报道称未定带与自主活动有关,还有研究发现刺激大鼠未定带可以同刺激STN一样使多巴胺消耗引起的分子改变正常化。这些报道均为上述观点提供了支持。然而所有这些研究都存在明显的不足,即无法对触点的位置进行精确定位和对有效电流传导进行定量。
此前的研究均默认假定的有效触点使邻近组织被同时激活。然而刺激能影响到的范围以及其与刺激参数(振幅,脉宽和频率)的关系并不明确。一项计算机模拟技术研究对一例DBS刺激STN治疗帕金森病患者的刺激范围进行定量研究,并将其与临床效果进行关联。电极触点的位置根据术后MRI进行重建,并将3D脑图谱叠加到患者的MRI上,确定各解剖结构与电极的相对位置。使用DBS的电压场的理论模型和神经轴突对细胞外刺激的反应来建立该患者特定的激活组织容积(volume of tissue activated,VTA)。设置不同刺激参数,对患者的僵直、运动迟缓和皮质脊髓束活动进行临床评价。刺激参数调整至肌电图记录到皮质脊髓束激活时,VTAs准确地监测到刺激范围到达内囊。有两个触点均能缓解僵直和运动迟缓,它们的VTAs都包括了豆核束和未定带。僵直的改善还与刺激范围影响到丘脑、未定带和豆核束相关联,但不包括STN(最接近STN的触点引起副作用,因此无临床效果)。尽管该研究只分析了一例患者,但其结论与之前的临床研究一致,并认为未定带和豆核束在DBS刺激STN时被激活,发挥明显的治疗效应。然而它们各自的具体作用仍不明确。一项猴的研究表明大范围刺激豆核束对治疗效果或许并非必要。与之类似,对人类和猴的STN毁损研究发现改变STN的输出无疑对帕金森病运动症状有治疗作用。以上所有研究对刺激的最佳靶点都提供了重要线索,但如果要明确DBS治疗帕金森病的最佳靶点以及患者症状的个体差异是否与其有关,仍需要开展大规模的人类和动物实验来研究DBS的治疗作用。