Universität zu Köln

Schleyken, Sophia ORCID: 0000-0002-9257-1251 (2020). Deep brain stimulation and sensorimotor gating in tourette syndrome and obsessive-compulsive disorder. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The environment surrounding an individual causes a flood of stimuli, which are filtered in the brain with a mechanism called sensorimotor gating (SG), to ensure that only relevant information reaches consciousness. An important mechanism in this process is the startle reflex. Prepulse inhibition is a scientific tool to measure the reduction of the startle reflex that is induced by a prior sensory warning signal and can be stated in percent. The mechanism of SG and PPI are discussed to cross brain pathways in functional loops starting in the cortex, passing on to the striatum, to the thalamus and returning to the cortex (CSTC-loops). Researchers suggests that in Tourette-Syndrome (TS) and Obsessive-Compulsive-Disorder (OCD), these pathways are dysregulated (Schleyken et al. 2020). Thus, the question arose if abnormal SG can be detected in patients with TS and OCD and how the neuromodulative treatment with deep brain stimulation (DBS) influences SG (Schleyken et al. 2020). The study underlying this dissertation investigated changes of PPI of the acoustic startle reflex by DBS of the thalamic nuclei and the anterior limb of the internal capsule nucleus accumbens respectively, and included 10 patients with TS, 8 patients with OCD and 18 healthy controls, who matched in age and gender (Schleyken et al. 2020). Patients were measured twice, during active stimulation (ON-condition) and when the stimulation was switched off (OFF-condition), and randomization of the order of condition was used to enhance reliability (Schleyken et al. 2020). We found no significant difference in PPI (measured in percent) between the ON- and OFF- condition in patients with TS as well as patients with OCD. Yet, the analysis revealed significantly reduced PPI levels of patients with TS in the ON-condition compared to healthy controls. However, the comparison did not reach significance for the OFF-condition (Schleyken et al. 2020). As DBS is still a rare treatment in psychiatric diseases, a small sample size limits our results. Furthermore, nicotine and psychoactive medication have been shown to influence PPI levels but were not controlled for in our study. DBS includes an operative neurosurgical procedure, but we did not collect PPI data before the surgical procedure took place so that we were not able to assess any data of long-term stimulation effect (Schleyken et al. 2020). Keeping these limitations in mind, the main finding of our study was that PPI is altered in patients with TS which is supported by research results to date. However, our results differ from our previously published data where we found significantly reduced PPI levels in patients with OCD. As the exact effect of deep brain stimulation on cortical functions remains unknown, we suggest further research to disentangle its potentials and limitations (Schleyken et al. 2020).

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Tiefe Hirnstimulation und sensomotorisches Gating bei Tourette Syndrom und Zwangsstörung German
Translated abstract:	Abstract Language Das Gehirn eines Individuums wird mit einer Flut von Stimuli konfrontiert, welche durch das ‚Sensomotorische Gating‘ (SG) gefiltert werden, um eine Fokussierung auf relevante Stimuli zu ermöglichen. Eine valide Nachweismethode des SG stellt die sogenannte Präpulsinhibition (PPI) des Schreckreflexes dar (Schleyken et al. 2020). Hierbei wird die Verringerung des Schreckreflexes durch ein vorheriges sensorisches Warnsignal gemessen und kann in Prozent angegeben werden. Der Mechanismus des SG und der PPI wird mit Hirnstrukturen in Verbindung gebracht, die partiell in die sogenannten kortiko-striato-thalamo-kortikalen Bahnen eingebunden sind. Diese wiederum gelten bei verschiedenen psychiatrischen Erkrankungen wie z.B. dem Tourette- Syndrom (TS) und bei Zwangserkrankungen (OCD) als dysreguliert (Schleyken et al. 2020). Dementsprechend war die Fragestellung naheliegend zu untersuchen, ob bei Patienten mit dem TS und OCD Veränderungen des SG zu detektieren sind und ob diese durch eine neuromodulative Behandlung mittels tiefer Hirnstimulation (THS) beeinflusst werden (Schleyken et al. 2020). Die Studie, welche dieser Dissertation zugrunde liegt, untersuchte die PPI des akustischen Schreckreflexes von 10 Patienten mit TS und 8 Patienten mit OCD, welche mit THS der Thalamus-Kerne beziehungsweise der ‚striatalen Region‘ vorderer Schenkel der Capsula interna und des angrenzenden Nucleus accumbens behandelt wurden sowie 18 gesunden Kontrollen, welche in Alter und Geschlecht mit den Patienten übereinstimmten (Schleyken et al. 2020). Die PPI der THS-Kohorten wurde zweimalig (in der Stimulation-ON sowie Stimulation-OFF Bedingung) unter randomisierten Bedingungen gemessen (Schleyken et al. 2020). Die statistische Analyse ergab keine signifikanten Unterschiede der PPI (gemessen in Prozent) zwischen der ON- und OFF-Bedingung der Patienten mit TS sowie auch der Patienten mit OCD. Wir fanden jedoch eine signifikant verringerte PPI bei Patienten mit dem TS in der ON-Bedingung im Vergleich zu gesunden Kontrollen. Allerdings ergab sich kein signifikantes Ergebnis hierfür in der OFF-Bedingung (Schleyken et al. 2020). Die Studie weist Limitationen auf. Die Stichprobengrößen sind aufgrund der Seltenheit des Therapieverfahrens bei psychischen Erkrankungen klein. Um die Gruppengröße nicht noch weiter zu verkleinern, stellte der Konsum psychoaktiver Medikation und Nikotin kein Ausschlusskriterium dar, obwohl bekannt ist, dass beide Faktoren die Präpulsinhibition beeinflussen. Die Tiefe Hirnstimulation umfasst einen initialen neurochirurgischen Eingriff, jedoch wurde vor der Operation kein Ausgangswert der PPI erhoben. Dies verhindert die Möglichkeit, Auswirkungen der chronischen Stimulation im Längsschnittverlauf zu untersuchen (Schleyken et al. 2020). Unter Berücksichtigung der Limitationen konnte durch die Studie zusammenfassend gezeigt werden, dass die PPI bei Patienten mit TS beeinträchtigt ist. Dieses Ergebnis stimmt mit bisherigen Studien überein. Frühere Forschungsergebnisse unserer Arbeitsgruppe, die auch eine beeinträchtigte PPI bei Patienten mit OCD gezeigt hatten, konnten nicht repliziert werden. Die Beeinträchtigung des SG spielt bei vielen psychiatrischen Erkrankungen eine zentrale Rolle, sodass weitere wissenschaftliche Studien erfolgen sollten, um die zugrundeliegenden krankheitsspezifischen neuroanatomischen und funktionalen Verschaltungen zu entwirren, sowie Einflussmöglichkeiten durch neuromodulative Verfahren zu verifizieren (Schleyken et al. 2020). German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Schleyken, Sophia s.schleyken@gmail.com orcid.org/0000-0002-9257-1251 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-718350
DOI:	10.1016/j.jpsychires.2020.07.016
Date:	2020
Publisher:	Elsevier
Place of Publication:	Journal of psychiatric research
Language:	English
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	Faculty of Medicine > Psychiatrie und Psychotherapie > Klinik und Poliklinik für Psychiatrie und Psychotherapie
Subjects:	Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language deep brain stimulation English sensorimotor gating English tourette syndrome English obsessive-compulsive disorder English
Date of oral exam:	8 November 2023
Referee:	Name Academic Title Kuhn, Jens Professor Dr. med. Barbe, Michael Universitätsprofessor Dr. med.
References:	Schleyken S, Baldermann J, Huys D, et al. Deep brain stimulation and sensorimotor gating in tourette syndrome and obsessive-compulsive disorder. Journal of psychiatric research 2020; 129: 272- 80.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/71835