Content uploaded by Kaisa Hartikainen
Author content
All content in this area was uploaded by Kaisa Hartikainen on May 14, 2015
Content may be subject to copyright.
TIETEESSÄ
VERTAISARVIOITU
V
V
KATSAUS
Syväaivostimulaatiohoidon
vaikutus tiedonkäsittely-
ja tunnetoimintoihin
• Aivojen syvien osien stimulaatiohoitoa (deep brain stimulation, DBS) voidaan käyttää yhä
useamman neurologisen ja psykiatrisen sairauden hoidossa.
• DBS-hoidolla pyritään moduloimaan sairauden kannalta keskeisten hermoverkostojen toimintaa.
• Monet DBS-hoidon kohteena olevista hermoverkostoista ovat keskeisiä myös tiedonkäsittely- ja
tunnetoimintojen kannalta.
• Osa verkostoihin kohdistuvista stimulaatiovaikutuksista on toivottuja hoitovaikutuksia, osa
sivuvaikutuksia.
• DBS-hoidon vaikutuksista mielentoimintoihin tiedetään vielä hyvin rajallisesti, vaikka sitä käytetään
aiempaa enemmän.
• Herkkiä ja objektiivisia tiedonkäsittelyn ja tunnetoimintojen mittareita tarvitaan mielentoimintojen
kannalta keskeisten aivovaikutusten havaitsemiseen ja DBS-säätöjen optimoimiseen.
Aivojen syvien osien stimulaatiohoitoa (deep
brain stimulation, DBS) käytetään yhä useam-
man vaikeahoitoisen tai hoitoresistentin neuro-
logisen ja psykiatrisen sairauden hoidossa.
Alun perin kroonisen kivun hoitoon kokeiltu
DBS on nykyään osa liikehäiriöiden, erityisesti
Parkinsonin taudin, essentiaalisen vapinan ja
dystonian vakiintunutta, tehokkaaksi osoitettua
hoitoa (1). Näiden liikehäiriöiden DBS-hoidolla
on sekä Euroopan että Yhdysvaltain lääkintä-
viranomaisten hyväksyntä.
DBS-hoidon yleisin hoidonaihe on Parkinso-
nin tauti. Edenneessä taudissa hoito on osoittau-
tunut optimaalista lääkehoitoa tehokkaammaksi
(2). Vaikea epilepsia ja vaikea pakko-oireinen
häiriö (obsessive compulsive disorder, OCD)
ovat virallisia DBS-hoidon aiheita Euroopassa
toisin kuin Yhdysvalloissa. Hoitoresistentin ma-
sennuksen hoidosta on lupaavia tuloksia, mutta
hoito on vielä kokeellista. Tämä katsaus käsitte-
lee aivojen syviin rakenteisiin kohdistuvan säh-
köisen stimulaation vaikutuksia tiedonkäsittely-
ja tunnetoimintojen kannalta keskeisiin assosia-
tiivisiin ja limbisiin hermoverkostoihin.
Vaikutukset keskeisiin
hermoverkostoihin
Vaikka DBS-hoidon käyttö on lisääntynyt, sen
eri vaikutusmekanismeja ei tunneta kovin hy-
vin (3). Hoitovaikutusten ajatellaan liittyvän sai-
rauden kannalta keskeisten hermoverkostojen
toiminnan modulointiin (4,5). Nykyaikaiset
aivo kuvantamismenetelmät ja stereotaktinen
neurokirurgia mahdollistavat häiriintyneiden
hermoverkostojen moduloinnin kohdistamalla
sähköinen stimulaatio johonkin verkoston tark-
kaan solmukohtaan (6).
Neuropsykiatrisissa sairauksissa olennaisia
hermoverkostoja ovat aivojen tiedonkäsittely- ja
tunnetoiminnoista vastaavat assosiatiiviset ja
limbiset hermoverkostot (kuvio 1). Limbiset
hermoverkostot ovat keskeisiä myös epilepti-
sen aktiivisuuden kannalta. Liikehäiriöissä hoi-
don tavoitteena on moduloida motorisia otsa-
lohko-tyvitumakepiirejä, mutta stimulaatiovai-
kutukset leviävät myös hermoverkostojen asso-
siatiivisiin ja limbisiin osiin (6) (kuviot 2 ja 3).
Näin ollen on selvää, että syväaivostimulaatio-
hoidolla on vaikutuksia tiedonkäsittely- ja
tunne toimintoihin.
Vaikutukset tunnetoimintoihin voivat olla
joko tavoiteltuja hoitovaikutuksia, kuten mieli-
alan koheneminen hoitoresistentin masennuk-
sen DBS-hoidossa (7), hoitoon liittyviä myön-
teisiä sivuvaikutuksia, kuten mielialan kohene-
minen Parkinsonin taudin DBS-hoidossa (8),
tai hoitoon liittyviä haittavaikutuksia, kuten
mielialaoireiden lisääntyminen epilepsian
DBS-hoidossa (9). Vaikutukset tiedonkäsit-
telytoimintoihin ovat pääasiassa hoidon sivu-
vaikutuksia, mutta suotuisiakin vaikutuksia on
rapor toitu (10).
KAISA M. HARTIKAINEN
neurologian erikoislääkäri,
kokeellisen neurologian dosentti,
akatemiatutkija
TAYS, käyttäytymisneurologian
tutkimusyksikkö
539
Suomen Lääkärilehti 9/2015 vsk 70
KATSAUS
Vaikutusmekanismit
Aivojen syvien osien korkeataajuinen sähkö-
stimulaatio aiheuttaa stimuloitavan aivoalueen
paikallisen, palautuvan toimintahäiriön, jonka
on ajateltu vastaavan alueen paikallista vauriota.
Stimulaatiohoito onkin kehittynyt liikehäiriöi-
den ablaatiokirurgian, muun muassa talamoto-
mian ja pallidotomian, pohjalta (6,11).
DBS:n merkittävä etu ablaatiokirurgiaan ver-
rattuna on toimintahäiriön palautuvuus ja sää-
dettävyys sekä vähäisemmät haittavaikutukset.
Todellisuudessa stimulaation vaikutusmeka-
nismit ovat monitahoiset ja poikkeavat mones-
sa suhteessa vaurion aiheuttamasta vaikutuk-
sesta (3,5). Hoidon nettovaikutuksia aivotoi-
mintoihin on haasteellista arvioida, ja ne riip-
puvat kohdealueen ja siihen yhteydessä olevien
muiden aluei den sekä niiden muodostamien
hermoverkostojen toiminnan muutoksista
( kuvio 1). Stimu laation vaikutus hermosolun
runko-osaan ja viejähaarakkeeseen saattaa olla
päinvastainen esimerkiksi siten, että aktiopo-
tentiaalien synty runko-osassa estyy samalla,
kun viejähaarakkeessa potentiaaleja syntyy sti-
mulaatiotaajuudella (12). Matala- ja korkeataa-
juisen stimulaa tion vaikutukset voivat myös
KIRJALLISUUTTA
1 Pekkonen E. Deep brain stimulation
in neurological illnesses. Duodecim
2013;129:481–8.
2 Deuschl G, Schade-Brittinger C,
Krack P ym. A randomized trial
of deep-brain stimulation for
Parkinson’s disease. N Engl J Med
2006;355:896–908.
3 Montgomery EB Jr, Gale JT.
Mechanisms of action of deep brain
stimulation(DBS). Neuroscience
and biobehavioral reviews.
2008;32:388–407.
4 DeLong M, Wichmann T. Deep
brain stimulation for movement
and other neurologic disorders.
Annals of the New York Academy
of Sciences 2012;1265:1–8.
5 McIntyre CC, Savasta M,
Kerkerian-Le Goff L, Vitek JL.
Uncovering the mechanism(s) of
action of deep brain stimulation:
activation, inhibition, or both. Clin
Neurophysiol 2004;115:1239–48.
6 Krack P, Hariz MI, Baunez C, Guridi
J, Obeso JA. Deep brain stimulation:
from neurology to psychiatry?
Trends in neurosciences
2010;33:474–84.
7 Mayberg HS, Lozano AM, Voon
V ym. Deep brain stimulation for
treatment-resistant depression.
Neuron 2005;45:651–60.
8 Schneider F, Habel U, Volkmann
J ym. Deep brain stimulation
of the subthalamic nucleus
enhances emotional processing in
Parkinson’s disease. Archives of
general psychiatry 2003;60:296–
302.
9 Fisher R, Salanova V, Witt T ym.
Electrical stimulation of the
anterior nucleus of thalamus for
treatment of refractory epilepsy.
Epilepsia 2010;51:899–908.
10 Pillon B, Ardouin C, Damier P ym.
Neuropsychological changes
between ”off” and ”on” STN or GPi
stimulation in Parkinson’s disease.
Neurology 2000;55:411–8.
11 Heikkinen E, Pälvimäki E-P.
Neuromodulaatio. Duodecim
2008;124:2392–8.
12 McIntyre CC, Grill WM, Sherman
DL, Thakor NV. Cellular effects of
deep brain stimulation: model-
based analysis of activation and
inhibition. J Neurophysiol
2004;91:1457–69.
13 Andrews RJ. Neuromodulation:
advances in the next decade.
Annals of the New York Academy
of Sciences 2010;1199:212–20.
14 Volkmann J, Moro E, Pahwa R. Basic
algorithms for the programming
of deep brain stimulation in
Parkinson’s disease. Move-
ment disorders 2006;21 Suppl
14:S284–9.
15 Moreau C, Defebvre L, Destee A
ym. STN-DBS frequency effects
on freezing of gait in advanced
Parkinson disease. Neurology
2008;71:80–4.
16 Chiken S, Nambu A. Disrupting
neuronal transmission: mechanism
of DBS? Front Syst Neurosci
2014;8:33.
KUVIO 1.
Limbinen verkosto ja syväaivostimulaatiohoidon keskeiset kohteet.
Yksinkertaistettu kaavakuva limbisestä hermoverkostosta (27) ja DBS-hoidon keskeisistä kohteista.
DBS-hoidon kohdealueita: ANT = anterior nucleus of thalamus / talamuksen anteriorinen tumake (epilepsia),
MFB = medial forebrain bundle / keskimmäinen etuaivojuoste (masennus), SCG= subgenual cingulate cortex
( masennus), NAc = accumbens-tumake (masennus ja pakko-oireinen häiriö, OCD), ventraalinen aivojuovio (masennus
ja OCD), BNST = bed nucleus of stria terminalis (OCD), STN= subtalaaminen tumake (Parkinsonin tauti), VIM = ventral
intermediate nucleus of thalamus / talamuksen ventraalinen intermediaalinen tumake (essentiaalinen vapina),
VTA = ventraalinen tegmentaalinen alue, Vp = ventraalinen pallidum, MD = talamuksen mediodorsaalinen tumake.
Punaiset nuolet kuvaavat glutaminergisiä, siniset GABAergisiä ja oranssit dopaminergisiä yhteyksiä. Glutaminergisillä
yhteyksillä on kiihdyttävä vaikutus, kun taas GABAergisillä yhteyksillä on estävä vaikutus post-synaptisiin hermosoluihin.
Dopaminergisillä yhteyksillä on puolestaan monitahoisempia moduloivia vaikutuksia verkoston toimintaan.
Copyright: Kaisa M. Hartikainen
Etuotsalohko
Mediaalinen etuotsalohko
Etummainen pihtipoimu
Orbitofrontaalinen etuotsalohko
SCG
Laajennettu mantelitumake
Mantelitumake BNST
Hippocampus NAc
Talamus
ANT
VIM
MD
Vp
STN
VTA
MFB
DBS
DBS
DBS
DBS
DBS
DBS
DBS
Ventraalinen aivojuovio
Suomen Lääkärilehti 9/2015 vsk 70
540
TIETEESSÄ
olla päinvastaiset matalataajuisen stimulaation
aktivoidessa ja korkeataajuisen estäessä kohde-
alueen toimintaa. Lisäksi DBS vaikuttanee her-
mosolujen tuki- ja huoltosolukkona toimiviin
astrosyytteihin, jotka puolestaan moduloivat
hermosolujen toimintaa sekä kemiallisesti että
sähköisesti (13).
DBS-säädöt
Sähköisen stimulaation vaikutukset aivoihin
riippuvat pitkälti valituista DBS-stimulaatiopa-
rametreista. Säädettäviä parametreja ja niiden
yhdistelmiä on valtavasti, eikä tutkimusnäyttöä
eri säätöjen aivovaikutuksista ole juurikaan
saatavilla. Keskeisiä parametreja ovat stimulaa-
tion tarkka neuroanatominen kohde, elektro-
dien polariteetti, pulssin leveys, taajuus ja amp-
litudi. Validoitujen biomarkkerien puuttuessa
DBS-säädöt pohjaavat usein pikemminkin
aiempaan kokemukseen ja hoitavan lääkärin
käytäntöihin kuin tutkittuun tietoon tai yksilöl-
lisesti mitattavaan tehon ja haittavaikutusten
optimointiin.
Tavoitteena on säätää DBS-parametrit siten,
että saadaan maksimaalinen hoitoteho ja mini-
maaliset haittavaikutukset. DBS-säätöjen ohjel-
mointi on selvintä liikehäiriöissä, koska vaste
on usein konkreettinen ja välittömästi havaitta-
vissa, esimerkiksi vapinan lievittyminen. Dys-
toniassa vaste saattaa tosin tulla vasta kuukau-
sienkin kuluttua (1).
Parkinsonin taudin DBS-säätöihin on algorit-
meja, joissa pyritään lisäksi minimoimaan vir-
ran kulutus, eli pidentämään paristoiden käyt-
töikää (14). Säätöjen vaikutuksista Parkinsonin
taudin oireisiin on myös jonkin verran tutki-
muksia, kuten virran ja stimulaatiotaajuuden
vaikutuksesta kävelyyn ja jähmettymisiin (15).
17 Grafton ST, Turner RS, Desmurget
M ym. Normalizing motor-related
brain activity: subthalamic nucleus
stimulation in Parkinson disease.
Neurology 2006;66:1192–9.
18 Duker AP, Espay AJ. Surgical treat-
ment of Parkinson disease: past,
present, and future. Neurologic
clinics 2013;31:799–808.
19 Abel TJ, Dalm BD, Grossbach AJ,
Jackson AW, Thomsen T, Greenlee
JD. Lateralized effect of pallidal
stimulation on self-mutilation in
Lesch-Nyhan disease. J Neurosurg
Pediatr 2014;14:594–7.
20 Jahanshahi M, Torkamani M, Beigi
M ym. Pallidal stimulation for pri-
mary generalised dystonia: effect
on cognition, mood and quality of
life. J Neurol 2014;261:164–73.
21 Benabid AL, Chabardes S,
Mitrofanis J, Pollak P. Deep brain
stimulation of the subthalamic
nucleus for the treatment of
Parkinson’s disease. Lancet Neurol
2009;8:67–81.
22 Lim SN, Lee ST, Tsai YT ym.
Electrical stimulation of the
anterior nucleus of the thalamus
for intractable epilepsy: a long-
term follow-up study. Epilepsia
2007;48:342–7.
23 Moddel G, Coenen VA, Elger CE. [In-
vasive neurostimulation as adjunct
treatment for epilepsy]. Nervenarzt
2012;83:1001–5.
24 Hartikainen KM, Sun L, Polvivaara
M ym. Immediate effects of deep
brain stimulation of anterior thala-
mic nuclei on executive functions
and emotion-attention interaction
in humans. J Clin Exp Neuropsychol
2014:36: 540–50.
25 Oh YS, Kim HJ, Lee KJ, Kim YI, Lim
SC, Shon YM. Cognitive improve-
ment after long-term electrical
stimulation of bilateral anterior tha-
lamic nucleus in refractory epilepsy
patients. Seizure 2012;21:183–7.
26 Schlaepfer TE, Cohen MX, Frick C
ym. Deep brain stimulation to re-
ward circuitry alleviates anhedonia
in refractory major depression.
Neuropsychopharmacology
2008;33:368–77.
27 Pierce RC, Kumaresan V. The
mesolimbic dopamine system:
the final common pathway for
the reinforcing effect of drugs of
abuse? Neurosci Biobehav Rev
2006;30:215–38.
28 Mannella F, Gurney K, Baldassarre
G. The nucleus accumbens as a
nexus between values and goals
in goal-directed behavior: a review
and a new hypothesis. Frontiers
in behavioral neuroscience
2013;7:135.
29 Tye KM, Mirzabekov JJ, Warden MR
ym. Dopamine neurons modulate
neural encoding and expression
of depression-related behaviour.
Nature 2013;493:537–41.
30 Lozano AM, Giacobbe P, Hamani
C ym. A multicenter pilot study of
subcallosal cingulate area deep
brain stimulation for treatment-
resistant depression. J Neurosurg
2012;116:315–22.
KUVIO 2.
Limbiset, assosiatiiviset ja motoriset otsalohko-tyvitumakepiirit.
Yksinkertaistettu kaavakuva limbisistä, assosiatiivista ja motorisista otsalohko-tyvitumakepiireistä.
NAc = accumbens-tumake, Vp = ventraalinen pallidum, Ap = assosiatiivinen pallidum, Mp = motorinen pallidum,
MD = talamuksen mediodorsaalinen tumake, V = talamuksen ventraalinen tumake, DA = dopamiini.
Kuvio työstetty Yinin ja Knowltonin kuvan pohjalta (56).
Copyright: Kaisa M. Hartikainen
Talamokortikaalinen verkko
Limbinen Assosiatiivinen Motorinen
Orbitaalinen ja
ventraalinen
etuotsalohko
Etuotsalohko Liikeaivokuori
Talamus
MD
Talamus
MD
V
Talamus
V
Tyvitumakkeet
Ventraalinen
aivojuovio
Assosiatiivinen
aivojuovio
Motorinen
aivojuovio
NAc
Vp Ap Mp
Keskiaivot
DA-
hermosolut
DA-
hermosolut
DA-
hermosolut
541
Suomen Lääkärilehti 9/2015 vsk 70
KATSAUS
Kun stimulaatiovaikutukset eivät ole välittö-
miä, kuten epilepsiassa tai psykiatrisissa sai-
rauksissa, DBS-säätöjen ohjelmointiin liittyy
omat erityishaasteensa. Haastavinta lienee kui-
tenkin arvioida DBS-hoidon hienosäätöisiä vai-
kutuksia laajoihin limbisiin ja assosiatiivisiin
talamokortikaalisiin hermoverkostoihin (kuvio
2) ja niiden millisekunneissa tapahtuviin,
ihmis mielen taustalla oleviin tiedonkäsittely- ja
tunnetoimintoihin.
Kohderakenteet
Liikehäiriöt
Liikehäiriöiden DBS-hoidon kohteeksi on vali-
koitunut niitä aivojen syviä osia, joiden stimu-
lointi moduloi sairauden kannalta keskeisiä
motorisia aivokuoren ja tyvitumakkeiden välisiä
piirejä (kuvio 2). Hoidon vaikutuksista hermo-
verkostojen tasolla tiedetään eniten juuri liike-
häiriössä (16,17), vaikkei täyttä yksimielisyyttä
olekaan saavutettu.
Parkinsonin taudissa keskeisiä stimulaatio-
kohteita ovat subtalaaminen tumake (subtalaa-
minen nucleus, STN) ja globus pallidus interna
(GPi), joiden valinta DBS-hoidon kohteeksi pe-
rustuu aiempaan ablaatiokirurgiaan (18). Pää-
kohde on STN, jonka sensomotoriselle alueelle
stimulaatio pyritään kohdentamaan. Osa stimu-
laatiovaikutuksesta kohdistuu väistämättä myös
STN:n assosiatiivisille ja limbisille alueille vai-
kuttaen sairauden ei-motorisiin oireisiin tai
aiheuttaen uusia mieliala- tai käytösoireita
( kuvio 3) (6). Parkinsonin tautiin liittyviä mieli-
ala- ja käytösoireita ovat muun muassa masen-
nus, apatia ja ahdistuneisuus, jotka johtuvat
mesolimbisen järjestelmän hypodopaminergi-
sesta tilasta (kuviot 1 ja 2). Vastaavasti dopami-
nergista transmissiota lisäävään hoitoon liittyy
impulssikontrollin vaikeutta, päämäärätöntä
puuhimista ja hypomaniaa, jotka johtuvat
meso limbisen järjestelmän hyperdopaminergi-
sesta tilasta.
Dystonian stimulaatiohoidon kohde on tyvi-
tumakkeiden GPi. Syväaivostimulaatiohoito tu-
lee kyseeseen primaarisessa yleistyneessä dys-
toniassa ja vaikeassa servikaalisessa dystonias-
sa, kun botuliinihoidosta ei enää saada riittävää
vastetta (1).
Yleistyneen dystonian hoidosta löytyy tapaus-
selostus pojasta, jolla oli kehitysvammaisuu-
teen johtava perinnöllinen Lesch-Nyhanin
oireyhtymä (19). Pojan itseä vahingoittava käyt-
täytyminen korjaantui vähitellen GPi-DBS-hoi-
dolla. Kun aivojen oikealla puolella oleva stimu-
laatiojohto katkesi, sekä dystonia että itseä va-
hingoittava käyttäytyminen palautuivat vasem-
manpuoleisena. Havainto osoitti, että GPi:llä on
rooli sekä dystoniassa että itseä vahingoittavas-
sa käytöksessä, ja GPi-stimulaatio korjasi kum-
mankin oireita kontralateraalisesti.
Tuore tutkimus osoittaa, ettei GPi-DBS-hoi-
dolla ollut merkittäviä vaikutuksia mielialaan,
ahdistuneisuuteen eikä elämänlaatuun, vaikka
se korjasikin dystoniaa merkittävästi (20). Kes-
keiset kognition osa-alueet säilyivät muut-
tumattomina, mutta tarkkaavuuden ylläpito
heikkeni. Tutkimukseen osallistui 14 potilasta,
jotka saivat GPi-DBS-hoitoa yleistyneeseen dys-
toniaan.
Essentiaalisen vapinan stimulaatiohoidon
kohde on talamuksen VIM-tumake (nucleus
ventralis intermedius). VIM-tumake on myös
historiallisesti tärkeä DBS-hoidon kehityksen
kannalta. Ensimmäinen julkaistu potilastapaus
VIM-tumakkeen stimulaation hyödystä Parkin-
son-potilaan hoidossa julkaistiin vuonna 1987
(21).
Epilepsia
Epilepsian hoidossa limbisen järjestelmän kes-
keinen rakenne, talamuksen etummainen
tumake (anterior nucleus of thalamus, ANT),
on valittu yhdeksi stimulaatiohoidon kohteeksi.
ANT-stimulaation ajatellaan joko estävän tai
häiritsevän epileptistä hermoverkostoa, jolloin
epileptisten purkausten synty, eteneminen tai
yleistyminen estyy (22). ANT-DBS-hoidon on
osoitettu lieventävän tai vähentävän kohtauksia
vaikean epilepsian lisähoitona (9).
Tunnetoimintoihin liittyvänä sivuvaikutuk-
sena on raportoitu subjektiivisten masennusoi-
reiden lisääntymistä (9,23). Tuoreessa tutkimuk-
sessa ANT-stimulaation osoitettiin objektiivisilla
mittareilla muuttavan tunteiden ja tarkkaavuu-
den vuorovaikutusta samansuuntaisesti kuin tyy-
pillisesti nähdään masennuksessa (24). Lisäksi
se heikensi palautuvasti toiminnanohjaustoi-
mintoihin kuuluvien estotoimintojen tehokkuut-
ta todennäköisesti fronto-talaamisiin piireihin
kohdistuvan vaikutuksen pohjalta (24). Subjektii-
visena tiedonkäsittelyyn liittyvänä sivuvaikutuk-
sena on raportoitu muistivaikeuksia (9). Toisaal-
ta kohtaustaakan lievittyminen voi johtaa yleisen
kognitiivisen suorituskyvyn kohenemiseen (25).
31 Bourne SK, Eckhardt CA, Sheth SA,
Eskandar EN. Mechanisms of deep
brain stimulation for obsessive
compulsive disorder: effects
upon cells and circuits. Frontiers
in integrative neuroscience
2012;6:29.
32 Lippitz BE, Mindus P, Meyerson BA,
Kihlstrom L, Lindquist C. Lesion
topography and outcome after
thermocapsulotomy or gamma
knife capsulotomy for obsessive-
compulsive disorder: relevance of
the right hemisphere. Neurosurg
1999;44:452–8; discussion 8–60.
33 Mallet L, Polosan M, Jaafari N ym.
Subthalamic nucleus stimulation
in severe obsessive-compulsive
disorder. N Engl J Med
2008;359:2121–34.
34 Bastin J, Polosan M, Piallat B ym.
Changes of oscillatory activity in
the subthalamic nucleus during
obsessive-compulsive disorder
symptoms: Two case reports.
Cortex 2014;60:145–50.
35 Kisely S, Hall K, Siskind D, Frater
J, Olson S, Crompton D. Deep
brain stimulation for obsessive-
compulsive disorder: a systematic
review and meta-analysis. Psychol
Med 2014;44:3533–42.
36 Alvarez JA, Emory E. Executive
function and the frontal lobes:
a meta-analytic review. Neuro-
psychol Rev 2006;16:17–42.
37 Castelli L, Rizzi L, Zibetti M,
Angrisano S, Lanotte M, Lopiano
L. Neuropsychological changes
1-year after subthalamic DBS in PD
patients: A prospective controlled
study. Parkinsonism Relat Disord
2010;16:115–8.
38 Wu B, Han L, Sun BM, Hu XW,
Wang XP. Influence of deep brain
stimulation of the subthalamic
nucleus on cognitive function in
patients with Parkinson’s disease.
Neurosci Bull 2014;30:153–61.
39 Parsons TD, Rogers SA, Braa-
ten AJ, Woods SP, Troster AI.
Cognitive sequelae of subthalamic
nucleus deep brain stimula-
tion in Parkinson’s disease: a
meta-analysis. Lancet Neurology
2006;5:578–88.
40 Zangaglia R, Pacchetti C, Pasotti
C ym. Deep brain stimulation and
cognitive functions in Parkinson’s
disease: A three-year controlled
study. Mov Disord 2009;24:1621–
8.
41 Ehlen F, Schoenecker T, Kuhn AA,
Klostermann F. Differential effects
of deep brain stimulation on
verbal fluency. Brain and language
2014;134:23–33.
42 Witt K, Daniels C, Reiff J ym.
Neuropsychological and
psychiatric changes after deep
brain stimulation for Parkinson’s
disease: a randomised, multicentre
study. Lancet Neurology
2008;7:605–14.
43 Yamanaka T, Ishii F, Umemura
A ym. Temporary deterioration
of executive function after
subthalamic deep brain stimulation
in Parkinson’s disease. Clinical
neurology and neurosurgery.
2012;114:347–51.
Suomen Lääkärilehti 9/2015 vsk 70
542
TIETEESSÄ
Hoitoresistentti masennus
Masennuksen DBS-hoidon kohdealueina on
kokeiltu useita aivojen syviä osia, jotka liittyvät
mielialaan, mielihyvään tai palkkioihin perustu-
vaan käyttäytymiseen (26). Hoito on vielä ko-
keellista. Aivojen palkitsemisjärjestelmään kuu-
luvia kohdealueita ovat keskimmäinen etuaivo-
juoste (medial forebrain bundle, MFB) ja vent-
raalinen aivojuovio (ventraalinen striatum),
johon kuuluu muun muassa accumbens-tuma-
ke. MFB on valkean aineen radasto, joka yhdis-
tää keskiaivojen ventraalisen tegmentaalisen
alueen accumbens-tumakkeeseen, mantelitu-
makkeeseen ja otsalohkoihin (kuvio 1).
Palkitsemisjärjestelmän aivoalueiden sähköi-
seen stimulaatioon liittyy mielihyvää. Palkitse-
misjärjestelmän rakenteet ja radat säätelevät
motivaation vaikutusta käyttäytymiseen, ja ne
ovat keskeisiä esimerkiksi huumeiden aiheutta-
man palkitsevan tunteen kannalta (27). Näillä
rakenteilla on siten tärkeä rooli addiktioiden
synnyssä. Näiden alueiden DBS-hoitoa on ko-
keiltu addiktioiden hoidossa, mutta tulokset ja
niiden pohjalta tehdyt johtopäätökset ovat vielä
ristiriitaisia ja riittämättömiä hoitosuosituksiin.
Accumbens-tumakkeen ajatellaan liittävän
kokemuksiimme positiivisia tai negatiivisia
tunnemerkityksiä ja toisaalta kanavoivan tunne-
merkitykset käyttäytymiseen (28). Tumakkeen
häiriintynyt toiminta on yhdistetty masennuk-
seen (29). Masentunut ei tunne iloa hyvästä
ruuasta, ystävien seurasta tai kauniista maise-
masta. Onkin ajateltu, että masennuksessa pal-
kitsemisjärjestelmän toiminta on häiriintynyt
siten, että normaalisti mielihyvää tuottavat asiat
eivät aktivoi aivojen mielihyvän tunteesta vas-
taavien rakenteiden toimintaa riittävästi (26).
Yhdeksi hoitoresistentin masennuksen DBS-
hoidon kohteeksi on valikoitunut pihtipoimun
etu-alaosa, SCG (subcallosal cingulate gyrus,
44 Halpern CH, Rick JH, Danish
SF, Grossman M, Baltuch GH.
Cognition following bilateral
deep brain stimulation surgery
of the subthalamic nucleus for
Parkinson’s disease. Int J Ger
Psychiatry 2009;24:443–51.
45 Jahanshahi M, Ardouin CM, Brown
RG ym. The impact of deep brain
stimulation on executive function
in Parkinson’s disease. Brain
2000;123(Pt 6):1142–54.
46 Smeding HM, Speelman JD,
Huizenga HM, Schuurman PR,
Schmand B. Predictors of cognitive
and psychosocial outcome after
STN DBS in Parkinson’s Disease.
J Neurol Neurosurg Psychiatry
2011;82:754–60.
47 Funkiewiez A, Ardouin C, Caputo E
ym. Long term effects of bilateral
subthalamic nucleus stimulation
on cognitive function, mood, and
behaviour in Parkinson’s disease.
J Neurol Neurosurg Psychiatry
2004;75:834–9.
48 Kim HJ, Jeon BS, Paek SH ym.
Long-term cognitive outcome of
bilateral subthalamic deep brain
stimulation in Parkinson’s disease.
J Neurol 2014;261:1090–6.
49 Frank MJ, Samanta J, Moustafa
AA, Sherman SJ. Hold your horses:
impulsivity, deep brain stimulation,
and medication in parkinsonism.
Science 2007;318:1309–12.
50 Ballanger B, van Eimeren T, Moro E
ym. Stimulation of the s ubthalamic
nucleus and impulsivity:
release your horses. Ann Neurol
2009;66:817–24.
51 Jahanshahi M, Obeso I, Baunez
C, Alegre M, Krack P. Parkinson’s
Disease, the Subthalamic Nucleus,
Inhibition, and Impulsivity. Mov
disord 2014. doi: 10.1002/
mds.26049
52 Castrioto A, Lhommee E, Moro E,
Krack P. Mood and behavioural
effects of subthalamic stimulation
in Parkinson’s disease. Lancet
Neurology 2014;13:287–305.
53 Burton CZ, Vella L, Weller JA,
Twamley EW. Differential effects
of executive functioning on suicide
attempts. J Neuropsychiatry Clin
Neurosci 2011;23:173–9.
54 Borretzen MN, Bjerknes S, Saehle
T ym. Long-term follow-up of
thalamic deep brain stimulation for
essential tremor - patient satisfac-
tion and mortality. BMC Neurology
2014;14:120.
55 Voon V, Krack P, Lang AE ym.
A multicentre study on suicide
outcomes following subthalamic
stimulation for Parkinson’s disease.
Brain 2008;131(Pt 10):2720–8.
56 Yin HH, Knowlton BJ. The role of the
basal ganglia in habit formation.
Nat Rev Neurosci 2006;7:464–76.
57 Greenhouse I, Gould S, Houser
M, Hicks G, Gross J, Aron AR.
Stimulation at dorsal and ventral
electrode contacts targeted at the
subthalamic nucleus has different
effects on motor and emotion
functions in Parkinson’s disease.
Neuropsychologia 2011;49:528–34.
KUVIO 3.
STN-tumakkeeseen saapuvat ja lähtevät motoriset, assosiatiiviset ja limbiset hermoyhteydet.
Yksinkertaistettu kaavakuva otsalohko-tyvitumakepiirien STN:n kautta kulkevista motorisista, assosiatiivista ja limbisistä
yhteyksistä. Motorinen piiri osallistuu motoriikan säätelyyn, assosiatiivinen piiri on keskeinen kognitiivisten toimintojen
säätelyn kannalta ja limbinen piiri mahdollistaa tunteiden, motivaation ja kontekstin huomioimisen käyttäytymisen
säätelyssä. Subtalaamisessa tumakkeessa (STN) ajatellaan olevan toiminnallisia osa-alueita, joiden kautta limbiset,
assosiatiiviset ja motoriset otsalohko-tyvitumakepiirit kulkevat (57). Nämä STN:n toiminnalliset alueet ovat osin
päällekkäisiä. Otsalohkojen eri alueilta saapuvat assosiatiiviset, limbiset ja motoriset signaalit mahdollistavat tunteisiin,
kognitioon ja motivaatioon liittyvän informaation yhdistymisen STN:ssä monimutkaisen käyttäytymisen säätelemiseksi
(58). Gp = globus pallidus, SN = substantia nigra / mustatumake, Vp = ventraalinen pallidum.
Copyright: Kaisa M. Hartikainen
Liikeaivokuori
Etuotsalohko
Orbitaalinen ja
ventraalinen
etuotsalohko
Motorinen
Assosiatiivinen
Limbinen
SN
STN
Talamus Gp
Vp
Motoriikka
Kognitio
Motivaatio
Tunteet
Motivaatio
Tunteet
Kognitio
Motoriikka
543
Suomen Lääkärilehti 9/2015 vsk 70
KATSAUS
Broadman-alue 25). SCG on yhteydessä moniin
eri aivoalueisiin ja laajoihin hermoverkostoihin,
joilla on masennuksessa tärkeä rooli (kuvio 1).
SCG-stimulaation ajatellaan vähentävän masen-
nusoireita moduloimalla masennuksen taustal-
la olevien häiriintyneiden hermoverkostojen
toimintaa (30).
Pakko-oireinen häiriö
Pakko-oireisen häiriön (OCD) taustalla ajatel-
laan olevan talamokortikaalisten ja otsalohko-
tyvitumakepiirien häiriintynyt toiminta (31) (ku-
vio 2). Pakko-oireisen häiriön syväaivostimulaa-
tiohoidon kohteina on kokeiltu useita eri aivo-
alueita, kuten kapsula internan etuhaarakkeen
ventraaliosaa, ventraaliseen aivojuovioon kuulu-
vaa accumbens-tumaketta ja sen välittömässä lä-
heisyydessä olevaa bed nucleus of stria termina-
lista (BNST) sekä STN-tumaketta (kuvio 1). Kap-
sula internan etuosan valinta perustuu aiem-
paan ablaatiokirurgiaan, anterioriseen kapsu lo-
tomiaan (32). Ventraalisen aivojuovion stimu-
loinnin on raportoitu johtavan aivojen aktiivi-
suuden muutoksiin monilla alueilla, joita pide-
tään keskeisinä pakko-oireisen häiriön pato-
fysiologiassa, kuten orbitofrontaalisella alueella
ja etummaisen pihtipoimun alueella (31).
Pakko-oireisen häiriön DBS-hoidon kehitty-
miseen liittyy onnekas sattuma: muutama STN-
DBS-hoitoa Parkinsonin tautiin saanut potilas,
jolla oli myös OCD, huomasi pakko-oireiden vä-
hentyvän hoidon myötä. Tämä johti kaksoissok-
kokokeeseen, jossa stimulaation osoitettiin
merkittävästi lieventävän OCD-potilaiden pak-
ko-oireita (33). STN-stimulaatio lisäsi myös
estot tomuutta ja impulsiivisuutta, joka normali-
soitui pienentämällä stimulaation tehoa. Impul-
siivisuus ja kompulsiivisuus (pakkomielteisyys)
voisivat siten olla saman käyttäytymisspektrin
eri päissä. Pakko-oireiden aikana STN-tumak-
keesta rekisteröidyn aktiivisuuden perusteella
on ajateltu, että tumakkeen aktiivisuus heijas-
taisi niitä patologisia mekanismeja, joilla kogni-
tiivinen, affektiivinen ja motorinen toiminta
säilyy liian pysyvänä (34).
Vaikka pakko-oireinen häiriö on DBS-hoidon
virallinen indikaatio Euroopassa, hoidosta tarvi-
taan vielä lisää tutkimuksia, koska niitä on var-
sin rajallisesti. Kaikkiaan 44 potilasta kattavan
meta-analyysin mukaan hoito lievitti pakko-
oireita merkittävästi, mutta kolmasosalla poti-
laista oli merkittäviä sivuvaikutuksia (35). DBS-
58 Haynes WI, Haber SN. The
organization of prefrontal-
subthalamic inputs in primates
provides an anatomical substrate
for both functional specificity
and integration: implications for
Basal Ganglia models and deep
brain stimulation. J Neurosci
2013;33:4804–14.
SIDONNAISUUDET
Ei ilmoitettuja sidonnaisuuksia.
kirurgiaan liittyy pieni infektion ja aivoveren-
vuodon riski. Näiden komplikaatioiden lisäksi
tutkimuksessa oli raportoitu pysyvinä sivuvai-
kutuksina muun muassa libidon lisääntymistä,
virtsaamisvaikeuksia, sanojen löytämisen vai-
keutta ja muistamattomuutta. Ohimenevistä
sivu vaikutuksista yleisin oli hypomania. Ris-
kien ja hyötyjen huolellinen arviointi on tärkeää
hoitopäätöstä tehtäessä.
Toiminnanohjaus ja otsalohko-
tyvitumakepiirit
Kaikilla DBS-hoidon kohteina käytetyillä aivojen
syvillä rakenteilla on laajoja yhteyksiä aivojen
etuotsalohkoihin, jotka osallistuvat tunteiden,
kognition ja käyttäytymisen säätelyyn. Näitä tun-
teiden, kognition ja käyttäytymisen säätelyyn
liittyviä psyykkisiä prosesseja kutsutaan toimin-
nanohjaustoiminnoiksi, ja ne liitetään ensisijai-
sesti aivojen etuotsalohkojen toimintaan (36).
Otsalohko-tyvitumakepiirien ja toiminnanoh-
jaustoimintojen häiriöitä esiintyy niin masen-
nuksessa, epilepsiassa, Parkinsonin taudissa
kuin OCD:ssäkin. Koska monet syväaivostimu-
laatiohoidon kohteena olevat aivojen syvät alueet
ovat osa tyvitumake-otsalohkopiiriä (kuviot 1 ja
2), ei ole yllättävää, että syväaivostimulaatiohoito
vaikuttaa myös toiminnanohjaus toimintoihin.
Toiminnanohjaustoiminnot korreloivat itse-
näisen ja menestyksellisen arkiselviytymisen
kanssa, ja hyvät toiminnot voivat kompensoida
kognition yksittäisen osa-alueen heikkoutta. Jos
toiminnanohjaustoiminnot sen sijaan ovat mer-
kittävästi heikentyneet, kognition eri osa-aluei-
den menestyksellinen hyödyntäminen ei onnis-
tu ja arjessa selviytyminen heikkenee, vaikka
muut kognition osa-alueet olisivatkin kunnossa.
Toiminnanohjaustoimintojen häiriöiden diag-
nostiikka perinteisillä neuropsykologisilla mene-
telmillä on haasteellista. Häiriöt eivät aina tule
esille neuropsykologisissa testeissä, joissa yleen-
sä testataan tiettyä kognition osa-aluetta kerral-
laan. Lisäksi neuropsykologi toimii strukturoi-
dussa testaustilanteessa eräänlaisena toiminnan-
ohjaajana, jolloin potilaan aivojen toiminnanoh-
jauksesta vastaavat hermoverkostot eivät kuormi-
tu siinä määrin kuin arjen yllättävissä tilanteissa.
Toiminnanohjaus Parkinsonin
taudin DBS-hoidossa
Sanasujuvuuden testejä käytetään laajalti neuro-
logisten sairauksien aiheuttamien kognition
Suomen Lääkärilehti 9/2015 vsk 70
544
TIETEESSÄ
muutosten arvioinnissa. Niiden ajatellaan hei-
jastavan erityisesti otsalohkojen toimintaa ja toi-
minnanohjaustoimintojen tehokkuutta. Useissa
tutkimuksissa on esitetty, että STN-DBS-hoitoa
saavien Parkinson-potilaiden sanasujuvuus
heikkenee (37,38,39,40). Essentiaalisen vapinan
luonnolliseen taudinkulkuun ei ole ajateltu tyy-
pillisesti kuuluvan merkittävää kognition heik-
kenemistä, kuten Parkinsonin taudissa, mutta
essentiaalisen vapinan hoitoon käytettyyn VIM-
tumakkeen stimulaatioon voi liittyä sanasuju-
vuuden heikkenemistä (41). Osa STN-DBS-hoi-
toon liittyvästä toiminnanohjaustoimintojen
heikkenemistä (42) on palautuvaa (43) ja osa py-
syvää (40). On epäilty, että toimintojen heikke-
neminen DBS-operaation jälkeen liittyy osittain
dopaminergisen lääkityksen vähentämiseen mo-
toristen oireiden korjaantuessa (43).
STN-DBS-hoitoon liittyvää kognitiivista heik-
kenemistä pidetään kaikkiaan suhteellisen lie-
vänä (38), ja kognitiivisen suorituskyvyn osa-
alueissa on havaittu myös kohenemista
(10,44,45). DBS-hoitoon on lääkehoitoon ver-
rattuna raportoitu liittyvän vähäisempää ahdis-
tuneisuutta ja parempaa elämänlaatua riippu-
matta kognition heikkenemisestä (42,46). Toi-
minnanohjaustoimintojen merkittävämpää
heikkenemistä DBS-hoidon aikana ennustavat
erityisesti ikä ja taudin vaikeusaste (46,47). Toi-
minnanohjaustoimintojen heikkous lähtötilan-
teessa voi ennustaa laaja-alaista kognitiivista
heikkenemistä ja dementiaa STN-DBS-hoidon
aikana (48).
Estotoiminnot ja impulsiivisuus
Yksi keskeinen toiminnanohjaustoimintojen
osa-alue on estotoiminnot (36). Ne mahdollista-
vat sosiaalisesti sopivan käytöksen sekä tarkoi-
tuksenmukaisen ja tavoitteellisen toiminnan
hillitsemällä ei-toivottuja ajatuksia, tunteita ja
yllykkeitä. Otsalohko-tyvitumakepiirit (kuvio 3)
ovat estotoimintojen kannalta tärkeitä. Sairauk-
siin, joissa on näiden piirien toiminnanhäiriötä,
liittyy usein impulsiivisuutta ja estottomuutta.
Siten myös otsalohko-tyvitumakepiireihin vai-
kuttava DBS-hoito, kuten STN-DBS-hoito, voi
heikentää estotoimintointoja (49,50,51).
Parkinsonin taudissa STN:n hermosolujen
häiriintyneen aktiviteetin ajatellaan johtavan
lisään tyneeseen motoriikan, kognition ja tuntei-
den estoon. STN-DBS-hoito vähentää STN-
tumakkeen aktiivisuudesta johtuvaa patologista
käyttäytymisen estoa, mikä voi johtaa sekä mo-
toristen että ei-motoristen toimintojen kohene-
miseen, mutta myös liialliseen estottomuuteen
(50,52). Toisaalta motoristen oireiden lievitty-
minen DBS-hoidon ansiosta voi johtaa Parkin-
son-lääkityksen merkittävään vähentämiseen,
mikä voi aiheuttaa apatiaa, ahdistuneisuutta ja
masentuneisuutta mesolimbisen järjestelmän
dopamiininpuutteen takia (52).
OCD-potilaiden STN-DBS-hoito lisäsi impul-
siivisuutta, mutta tämän uskottiin olevan yhtey-
dessä pakko-oireiden lievittymiseen (6). Epilep-
sian hoidossa käytettävään ANT:n stimulaa-
tioonkin liittyy palautuva estotoimintojen lievä
heikkeneminen (24), mikä johtunee syväaivosti-
mulaation vaikutuksista ANT:hen yhteydessä
olevaan etummaisen pihtipoimun alueeseen,
jolla tiedetään olevan keskeinen rooli kognitii-
vista kontrollia vaativissa tehtävissä, kuten toi-
minnanestossa.
Syväaivostimulaatiohoidon vaikutuksia esto-
toimintoihin on tärkeä arvioida, koska estotoi-
mintojen heikkenemiseen liittyvä impulsiivi-
suus voi johtaa moniin ei-toivottuihin seurauk-
siin arkielämässä. Pahimmillaan estotoiminto-
jen heikkous yhdessä mielialaongelmien kans-
sa voi muun muassa lisätä itsemurhariskiä
(53). DBS-hoitoon liittyvissä julkaisuissa on ra-
portoitu joitain yksittäisiä itsemurhia (54), ja
monikeskustutkimuksessa, jossa tutkittiin Par-
kinsonin taudin vuoksi STN-DBS-hoitoa saa-
vien itsemurhariskiä, riskin todettiin olevan
koholla (55).
DBS-hoidon menestyksen edellytykset
DBS-hoitoa käytetään merkittävää haittaa
aiheut taviin neurologisiin ja psykiatrisiin sai-
rauksiin yhä enemmän. Hoitomuodon kehitty-
minen edellyttää laadukasta perustieteellistä,
translationaalista ja kliinistä tutkimusta. Samal-
la DBS-tutkimus tarjoaa uuden lähestymistavan
tutkia aivojen hermoverkostoja. Mielentoimin-
tojen taustalla olevien hermoverkostojen toi-
mintaa voidaan tutkia tietoisissa ihmisaivoissa
stimuloimalla jotain verkoston keskeistä solmu-
kohtaa.
Syväaivostimulaation vaikutusmekanismit ai-
vojen laajoihin limbisiin ja assosiatiivisiin
hermo verkostoihin ovat vielä pääosin hämärän
peitossa. Tietomme syväaivostimulaation vaiku-
tuksista tiedonkäsittelytoimintoihin ovat rajalli-
set muun muassa siksi, etteivät nykyiset neuro-
DBS-hoidon
vaikutuksia esto-
toimintoihin on
tärkeä arvioida,
koska niiden
heikkenemiseen
liittyvä impulsiivisuus
voi johtaa moniin
ei- toivot tui hin
seurauksiin
arkielämässä.
545
Suomen Lääkärilehti 9/2015 vsk 70
KATSAUS
psykologiset testit ole riittävän herkkiä havaitse-
maan toiminnanohjaustoimintojen häiriöitä.
Testit eivät ole myöskään tarpeeksi nopeita.
Jotta saadaan luotettava käsitys stimulaation
vaikutuksista toiminnanohjaustoimintoihin,
tarvitaan herkempiä testejä, kuten tietokone-
pohjaisia reaktioaikatestejä, jotka kuormittavat
samanaikaisesti useita toiminnanohjaustoimin-
toja ja niiden taustalla olevia otsalohko-tyvi-
tumakepiirejä (24).
DBS-hoidon kognitiivisten ja affektiivisten
vaikutusten arviointia vaikeuttaa se, että hoidet-
tavat aivosairaudet, niiden lääkehoito ja monet
muut vaikeasti kontrolloitavat tekijät vaikuttavat
tiedonkäsittely- ja tunnetoimintoihin. Tarvitaan
siis lisää tutkimuksia, joissa kognitiivista suori-
tusta ja affektiivisia reaktioita tutkitaan nopeilla
ja herkillä objektiivisilla menetelmillä samalla
tutkimuskerralla stimulaattorin ollessa päällä
(on) ja pois päältä (off) sokkoutetusti koehen-
kilön toimiessa omana verrokkinaan (24). Täl-
lainen lähestymistapa on erityisen käyttökelpoi-
nen tutkittaessa psykiatristen ja epilepsiapotilai-
den DBS-hoidon vaikutuksia tiedonkäsittely- ja
tunnetoimintoihin. Liikehäiriöpotilailla sok-
kouttaminen sekä DBS-hoidon tiedonkäsittely-
ja tunnetoimintojen vaikutusten erottaminen
hoidon nopeista motoriikkaan kohdistu vista
vaikutuksista on haasteellisempaa.
Syväaivostimulaatiohoitoa ja sen vaikutuksia
tiedonkäsittely- ja tunnetoimintoihin tutkitaan
TAYS:n neurokirurgian, neurologian ja psykiat-
rian klinikoiden, Käyttäytymisneurologisen
tutki musyksikön sekä Tampereen teknillisen
yliopiston yhteistyönä. Tutkimuksen yhtenä
tavoit teena on tuottaa DBS-vaikutusten bio-
markkereita, joiden avulla DBS-säätöjen vaiku-
tuksia kognitioon ja tunnetoimintoihin voidaan
arvioida välittömästi. Parhaimmillaan DBS-
tutki mus nivoo yhteen kliiniset, metodologiset
ja neurotieteelliset näkökohdat.
Kliinisenä toimintana menestyksekäs DBS-
hoito edellyttää saumatonta moniammatillista
ja erikoisalojen välistä yhteistyötä. Oikean
potilas valinnan ja onnistuneen leikkaushoidon
jälkeen korostuu potilaan kuntoutumiseen täh-
täävä hoito, jossa painottuvat seuranta, yksilölli-
set säädöt ja DBS-hoitoon räätälöity lääkitys, te-
rapia ja kuntoutus. n
English summary www.laakarilehti.fi > in english
Effects of deep brain stimulation on cognition and emotion
Suomen Lääkärilehti 9/2015 vsk 70
546
TIETEESSÄ
Effects of deep brain stimulation on
cognition and emotion
Deep brain stimulation (DBS) is used for treating an expanding number of neurological and psychiatric
disorders. DBS is thought to modulate dysfunctional neural circuitries. Many of the key nodes
targeted by DBS are part of the limbic and associative circuitries crucial for affective and cognitive
processes. Optimizing DBS-parameters towards the best treatment effect with minimal side effects
requires knowledge of the effects of DBS on cognition and emotion. When DBS is used for treatment
of neuropsychiatric disorders the treatment effects are located within the affective functions. Thus,
developing methods for assessing and understanding the effects of stimulation at different sites of
the limbic circuitry is critical. This review focuses on the effects of deep brain stimulation on cognitive
and affective functions and underlying neural circuits.
Depending on the target site, DBS is thought to modulate activity in the motor, limbic or associative
fronto-subcortical circuits. While aiming at normalizing altered activity of the specific network
involved in the disease process, such as the motor network in movement disorders, there may be
spread of the stimulation effect to other networks, such as limbic and associative networks, leading
to cognitive and affective side effects.
With DBS impact on associative fronto-subcortical networks critical for control of emotion, behaviour
and cognition, side effects affecting executive functions may be observed. However, alterations in
executive functions are not easily detected with traditional neuropsychological methods and the
knowledge on the DBS effects on these functions is limited and calls for studies with more sensitive
experimental methods. Furthermore, with many confounding factors influencing mental processes
in patient populations treated with DBS, isolating the effect of DBS is challenging.Of the traditional
neuropsychological measures, diminished verbal fluency is the most frequently reported test
result that reflects diminished executive function performance due to subthalamic stimulation in
Parkinson’s disease. Alterations in the efficacy of response inhibition, one of the executive functions,
are also frequently reported across different stimulation targets and disorders. Periodically turning
stimulation ”on” and ”off” while epilepsy patients treated with anterior thalamic nuclei (ANT)
stimulation were performing an experimental executive function test, revealed diminished efficacy
of response inhibition due to ANT-DBS. Diminished response inhibition relates to impulsivity, with
potential untoward consequences in daily life. However, in subthalamic stimulation increased
impulsivity was thought to relate to the treatment effect in Parkinson’s patients with release of the
excessive subthalamic “brake” on motor, cognitive and emotional behaviour.
DBS effects on affective functions relate to mood, motivated behaviour and emotion-attention
interaction. Many of the DBS targets for treatment resistant depression reside in the brain’s reward
circuitry. In addition to targeting reward circuitry for treatment of depression and obsessive
compulsive disorder, influencing this circuitry holds some future promise for treating addiction.
However, influencing the brain’s reward circuitry has potentially widespread and unexpected
influences on motivated behaviour in general. One of the promising targets, the subgenual cortex,
Brodmann area 25, with connections to many other regions implicated in depression, has been shown
to be overactive in depression and deactivated in successful depression treatment. Targeting a key
node in the depression network with DBS is thought to “reset” the network.
DBS is an emerging treatment for a wide variety of severe neuropsychiatric disorders. Rigorous
studies on its impact on mental functions with objective methods assessing both behaviour and
brain physiology are needed. Behavioural and physiological biomarkers for DBS effects would make it
possible to optimize DBS parameters and individualize treatment.
KAISA M. HARTIKAINEN
Neurologist, Associate Professor
in Experimental Neurology,
Academy Research Fellow
Tampere University Hospital,
Behavioral Neurology Research
Unit
ENGLISH SUMMARY
Suomen Lääkärilehti 9/2015 vsk 70 546a
