Analýza a klasifikace subthalamického jádra z mikroelektrodových záznamů

Abstract

Hluboká mozková stimulace je často aplikovanou léčbou v pokročilých stadiích Parkinsonovy choroby. Její princip je založen na stimulaci hlubokých mozkových struktur, také známých jako bazální ganglia, vysokofrekvenčními pulzy přes permanentně implantovanou stimulační elektrodu. Před její samotnou implantací se provádí invazivní mapování potenciální stimulační oblasti pomocí mikroelektrod. Tato měření zaznamenávají elektrofyziologii okolních neuronů a zajišťují správné zacílení stimulace. Signály naměřené během takové explorace se nazývají mikroelektrodové záznamy a jsou předmětem analýzy v této práci. Subthalamické jádro je typickým cílem hluboké mozkové stimulace v léčbě Parkinsonovy choroby. Tato práce se zabývá klasifikací subthalamického jádra s mikroelektrodových záznamů. Kromě toho jsou z dat extrahovány neurální oscilace bazálních ganglií v beta frekvenčním pásmu (13 - 30 Hz). Tato beta aktivita je poté studována ve spojitosti s lokalizací mikroelektrodových záznamů v rámci bazálních ganglií a klinickými symptomy Parkinsovovy choroby.

Deep brain stimulation is a commonly employed treatment of advanced Parkinson’s disease. It is based on stimulating deep brain structures, also known as basal ganglia, with high-frequency electric pulses through a stimulation electrode, which is permanently implanted in the brain. Prior to the stimulation electrode implantation, invasive microelectrode mapping of the potential stimulation area is taken. These measurements record the electrophysiology of the nearby neurons to ensure correct stimulation targeting. The signals measured during such exploration are called microelectrode recordings and are the subject of analysis in this thesis. Subthalamic nucleus is a typical target of deep brain stimulation in Parkinson’s disease treatment. This thesis approaches to classify this structure from the microelectrode recordings. Besides, the neural oscillatory activity of the basal ganglia in the beta frequency band (13 - 30 Hz) is extracted from the microelectrode recordings. The beta activity is then studied in relation to its localization in the basal ganglia and the clinical symptoms of Parkinson’s disease.