Background: Disorders of gait are a very common feature of Parkinsons Disease. We examined how deep brain stimulation of the subthalamic nucleus (STN DBS) and dopaminergic medication affect gait and more specifically its rhythmicity. Objectives: We accurately quantified multiple gait parameters in Parkinsons patients during on and off stages of their treatment (levodopa or STN DBS) to compare and contrast the treatment-induced changes in gait. Methods: We studied 11 patients with STN DBS, 15 patients on levodopa and 42 healthy controls. They all completed the MDS-UPDRS part III along with a gait assessment protocol while wearing six nine-axis inertial measurement units (lumbar, sternal, and all four extremities). Results: Both medication and stimulation significantly improved stride length, while medication further significantly increased gait speed. In the lower limbs, both medication and stimulation had a normalising effect on lower limb angles, significantly increasing the foot strike angle and toe-off angle. Conclusions: STN DBS reduced the step to step variability in a range of lower limb gait parameters in PD, while antiparkinsonian medication had no significant effect. This suggests that STN stimulation, but not dopaminergic medication, has access to circuits that control gait rhythm, and that the resulting effect of stimulation on gait is beneficial. However, the results we observed for movement of the trunk and upper limbs were strikingly different to those seen in the lower limbs. We propose a hypothesis to explain why we observe these results, focusing on cholinergic pedunculopontine projections.

中文翻译：

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深层脑刺激和左旋多巴如何影响帕金森病的步态变异性

背景：步态障碍是帕金森氏病的非常普遍的特征。我们检查了丘脑底核（STN DBS）和多巴胺能药物对大脑的深层刺激如何影响步态，尤其是其节律性。目的：我们准确地量化了帕金森病患者在治疗的开和关阶段（左旋多巴或STN DBS）的多个步态参数，以比较和对比治疗引起​​的步态变化。方法：我们研究了11例STN DBS患者，15例左旋多巴患者和42例健康对照者。他们都穿着六个九轴惯性测量单元（腰，胸骨和所有四个末端）完成了MDS-UPDRS第三部分以及步态评估协议。结果：药物和刺激都显着改善了步幅，而药物可进一步显着提高步态速度。在下肢中，药物治疗和刺激均对下肢角度具有正常化作用，从而显着增加了脚部打击角和脚趾离开角。结论：STN DBS可以降低PD患者下肢步态参数的逐步变化，而抗帕金森病药物则无明显作用。这表明STN刺激而非多巴胺能药物可以进入控制步态节律的回路，刺激对步态的最终效果是有益的。但是，我们观察到的躯干和上肢运动结果与下肢明显不同。我们提出一个假设来解释为什么我们观察到这些结果，重点是胆碱能的足小神经突突。药物治疗和刺激对下肢角度均具有正常化作用，从而显着增加了脚部打击角度和脚趾离开角度。结论：STN DBS可以降低PD患者下肢步态参数的逐步变化，而抗帕金森病药物则无明显作用。这表明STN刺激而非多巴胺能药物可以进入控制步态节律的回路，刺激对步态的最终效果是有益的。但是，我们观察到的躯干和上肢运动结果与下肢明显不同。我们提出一个假设来解释为什么我们观察到这些结果，重点是胆碱能的足小神经突突。药物治疗和刺激对下肢角度均具有正常化作用，从而显着增加了脚部打击角度和脚趾离开角度。结论：STN DBS可以降低PD患者下肢步态参数的逐步变化，而抗帕金森病药物则无明显作用。这表明STN刺激而非多巴胺能药物可以进入控制步态节律的回路，刺激对步态的最终效果是有益的。但是，我们观察到的躯干和上肢运动结果与下肢明显不同。我们提出一个假设来解释为什么我们观察到这些结果，重点是胆碱能的足小神经突突。大大增加了脚部打击角度和脚趾离开角度。结论：STN DBS可以降低PD患者下肢步态参数的逐步变化，而抗帕金森病药物则无明显作用。这表明STN刺激而非多巴胺能药物可以进入控制步态节律的回路，刺激对步态的最终效果是有益的。但是，我们观察到的躯干和上肢运动结果与下肢明显不同。我们提出一个假设来解释为什么我们观察到这些结果，重点是胆碱能的足小神经突突。大大增加了脚部打击角度和脚趾离开角度。结论：STN DBS可以降低PD患者下肢步态参数的逐步变化，而抗帕金森病药物则无明显作用。这表明STN刺激而非多巴胺能药物可以进入控制步态节律的回路，刺激对步态的最终效果是有益的。但是，我们观察到的躯干和上肢运动结果与下肢明显不同。我们提出一个假设来解释为什么我们观察到这些结果，重点是胆碱能的足小神经突突。抗帕金森病药物治疗无明显作用。这表明STN刺激而非多巴胺能药物可以进入控制步态节律的回路，刺激对步态的最终效果是有益的。但是，我们观察到的躯干和上肢运动结果与下肢明显不同。我们提出一个假设来解释为什么我们观察到这些结果，重点是胆碱能的足小神经突突。抗帕金森病药物治疗无明显作用。这表明STN刺激而非多巴胺能药物可以进入控制步态节律的回路，刺激对步态的最终效果是有益的。但是，我们观察到的躯干和上肢运动结果与下肢明显不同。我们提出一个假设来解释为什么我们观察到这些结果，重点是胆碱能的足小神经突突。