Investigation of coherence between limbic structures in a rodent model of Parkinson's Disease

• Main Author: Zachrisson, Love
• Format: Others
• Language: English
• Published: Umeå universitet, Institutionen för psykologi 2021
• Subjects: Parkinson’s Disease; PD; Psychosis; Schizophrenia; MK801; Synchrony; Coherence; 6-OHDA; Rats; 128-channel multi electrode array; MATLAB; LFP; Biomarker; ASSR; Steady-state response; Parkinsons sjudkom; Psykos; Schizofreni; Synkronicitet; Koherens; Försökdsjur; Råttor; Elektrodimplantat; Biomarkör; Steady-state responser; Neurosciences; Neurovetenskaper
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-186674

Parkinson’s Disease affects 10 million people worldwide, with 40% of patients developing an associated psychosis which has been identified by studies as the number one source of caretaker distress and is related to increased mortality. This is further complicated by the fact that typical antipsychotic drugs worsen many of the motor symptoms implicated in Parkinson’s Disease, with only one commercially available drug able to ameliorate both symptoms. This problem ushers the development of novel drugs to treat these symptoms, as first tested on research animals. Complicating matters, drug effectiveness on the degree of psychosis is hard to obtain in animals without a reliable biomarker. However, a hallmark of psychotic states is thought to be the reduced coordination between brain structures, through neuronal synchronization, as demonstrated by steady-state responses and is suggested to be a potential biomarker of psychosis. By building a MATLAB software we were able to analyze the degree of neural synchronization between structures, during an auditory steady-state response, in rats that had been unilaterally lesioned by the 6-Hydroxydopamine model of Parkinson’s Disease, before and after administration of the psychotomimetic drug MK801. These rats had been chronically implanted with 128-channel multi electrode array, enabling us to measure the strength of coherence between several limbic structures, associated with auditory processing, from the sampled local field potential, identifying the degree of synchronization in the animal brain. As our data demonstrate that coherence levels dropped in the psychotic drug state, for structures in both the healthy and the Parkinsonian hemisphere, we are able to further demonstrate the validity of coherence measures as a biomarker for psychosis. These results demonstrate that our software can be used as a tool to assess the therapeutic response of drugs developed, aimed at treating Parkinson’s associated psychosis. === Parkinsons sjukdom drabbar 10 miljoner världen över, där 40% av patienterna utvecklar en associerad psykos vilket har visats vara en av de största stressfaktorerna för deras vårdgivare och är även förknippat med en högre dödlighetsgrad. Denna situation förvärras av det faktum att de vanliga antipsykotiska drogerna kan förvärra många av de motoriska symptom som utgörs av Parkinsons sjukdom och det finns i dagsläget enbart en enda kommersiell drog som kan dämpa bägge symptom samtidigt. Detta problem frammanar vidare utveckling av nya läkemedel som kan behandla dessa symptom, som innebär att de först måste testas på försöksdjur. En komplikation som uppstår i relation till detta är svårigheten att utvärdera om läkemedel har någon terapeutisk effekt på de psykotiska tillstånden, enbart genom att observera försöksdjurens beteenden, och en pålitlig biomarkör krävs istället. En lösning kan dock finnas i det faktum att psykotiska tillstånd karaktäriseras av en reducerad förmåga för olika hjärnområden att koordinera genom neural synkronisering vilket demonstreras av ‘steady- state’ responser. Detta föreslår att ett mått på graden av koordineringsförmåga kan agera som en möjlig biomarkör för psykotiska tillstånd. Genom att konstruera ett MATLAB-program kunde vi analysera graden av synkronicitet mellan hjärnstrukturer, under den auditiva steady- state responsen i råttor som hade blivit ensidigt lesionerade genom 6-Hydroxiddopamin modellen av Parkinsons sjukdom, före och efter administration av den psykotomimetiska drogen MK801. Dessa råttor hade blivit kroniskt implanterade med 128 elektroder vilket möjliggjorde att vi kunde mäta styrkan i koherens i den lokala fält potentialen mellan limbiska strukturer, som är associerade med auditiv processering, vilket möjliggjorde identifiering av3dessa strukturers synkronicitet. Vår data demonstrerar att koherensen minskade under det psykotiska drogtillståndet för limbiska strukturer både i den intakta och den lesionerade hjärnhalvan. Detta är en vidare demonstration av att koherensnivåer kan agera som en biomarkör för det psykotiska tillståndet, liksom att vår mjukvara kan nyttjas som ett verktyg för att utvärdera nya läkemedels behandlingsförmåga på Parkinsons psykos.