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73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Neurochirurgie (DGNC)
Joint Meeting mit der Griechischen Gesellschaft für Neurochirurgie

Deutsche Gesellschaft für Neurochirurgie (DGNC) e. V.

29.05. - 01.06.2022, Köln

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An effective connectivity profile for reducing freezing of gait after subthalamic nucleus stimulation

Netzwerk-Konnektivität für die Verbesserung von Freezing of Gait nach tiefer Hirnstimulation des Nucleus subthalamicus

Meeting Abstract

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  • presenting/speaker Joshua Niklas Strelow - Universitätsklinikum Köln, Klinik und Poliklinik für Neurologie, Köln, Deutschland; Universitätsklinikum Köln, Klinik für Stereotaxie und funktionelle Neurochirurgie, Köln, Deutschland
  • Juan Carlos Baldermann - Universitätsklinikum Köln, Klinik und Poliklinik für Neurologie, Köln, Deutschland; Universitätsklinikum Köln, Klinik und Poliklinik für Psychiatrie und Psychotherapie, Köln, Deutschland
  • Till A. Dembek - Universitätsklinikum Köln, Klinik und Poliklinik für Neurologie, Köln, Deutschland
  • Hannah Jergas - Universitätsklinikum Köln, Klinik und Poliklinik für Neurologie, Köln, Deutschland
  • Jan Niklas Petry-Schmelzer - Universitätsklinikum Köln, Klinik und Poliklinik für Neurologie, Köln, Deutschland
  • Frederik Schott - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik und Poliklinik für Neurologie, Hamburg, Deutschland
  • Haidar Dafsari - Universitätsklinikum Köln, Klinik und Poliklinik für Neurologie, Köln, Deutschland
  • Christian K. E. Moll - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Institut für Neurophysiologie und Pathophysiologie, Hamburg, Deutschland
  • Wolfgang Hamel - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik und Poliklinik für Neurochirurgie, Hamburg, Deutschland
  • Alessandro Gulberti - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Institut für Neurophysiologie und Pathophysiologie, Hamburg, Deutschland
  • Veerle Visser-Vandewalle - Universitätsklinikum Köln, Klinik für Stereotaxie und funktionelle Neurochirurgie, Köln, Deutschland
  • Monika Pötter-Nerger - Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf, Klinik und Poliklinik für Neurologie, Hamburg, Deutschland
  • Michael T. Barbe - Universitätsklinikum Köln, Klinik und Poliklinik für Neurologie, Köln, Deutschland

Deutsche Gesellschaft für Neurochirurgie. 73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Neurochirurgie (DGNC), Joint Meeting mit der Griechischen Gesellschaft für Neurochirurgie. Köln, 29.05.-01.06.2022. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2022. DocP098

doi: 10.3205/22dgnc408, urn:nbn:de:0183-22dgnc4081

Published: May 25, 2022

© 2022 Strelow et al.
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Objective: Freezing of gait (FOG) is among the most common and disabling symptoms of Parkinson's disease (PD). While the efficacy of deep brain stimulation (DBS) of the subthalamic nucleus (STN) has been proven in large randomized, controlled trials, its effect on FOG is still insufficiently understood. Moreover, there is uncertainty about pathways that need to be modulated to improve FOG. This retrospective analysis aimed to investigate whether STN-DBS effectively reduces FOG postoperatively and whether structural connectivity to cortical and subcortical areas of the stimulated tissue predicts outcome.

Methods: 47 subjects with PD and preoperative FOG were investigated. Freezing prevalence and severity were assessed using the Freezing of Gait Questionnaire (FOG-Q) and Item 14 of the Unified Parkinson's Disease Rating Scale-II. We reconstructed electrode localisation and volume of tissues activated (VTAs) for each patient using the Lead-DBS software. By overlapping the patients individual VTAs with a publicly available model of basal-ganglia pathways we determined a stimulation-dependent connectivity profile for postoperative changes in FOG. Additionally, a ROI analysis of this connectivity profile to a priori defined mesencephalic locomotor regions was performed.

Results: FOG significantly improved six months postoperatively, marked by reduced frequency and duration of freezing episodes. Optimal stimulation sites for improving freezing of gait structurally connected to primary and supplementary motor areas, the dorsolateral prefrontal cortex and to the globus pallidus internus. Stimulation of the lenticular fasciculus was associated with worsening of FOG. This connectivity profile was robust in a leave-one-out cross-validation. Subcortically, stimulation of fibres ­­­crossing the pedunculopontine nucleus (PPN) and the substantia nigra (SN) correlated with postoperative improvement of FOG.

Conclusion: STN-DBS can alleviate FOG severity by modulating specific circuitries associated with cognitive and motor function. While no significant association with clinical and demographic characteristics could be found, this connectivity profile was predictive of postoperative changes in FOG.

Figure 1 [Fig. 1], Figure 2 [Fig. 2]