Deep brain stimulation (DBS) in Parkinson’s disease (PD) alters neuronal function and network communication to improve motor symptoms. The subthalamic nucleus (STN) is the most common DBS target for PD, but some patients experience adverse effects on memory and cognition. Previously, we reported that DBS of the ventral anterior (VA) and ventrolateral (VL) nuclei of the thalamus and at the interface between the two (VA|VL), collectively VA-VL, relieved forelimb akinesia in the hemiparkinsonian 6-hydroxydopamine (6-OHDA) rat model. To determine the mechanism(s) underlying VA-VL DBS efficacy, we examined how motor cortical neurons respond to VA-VL DBS using single-unit recording electrodes in anesthetized 6-OHDA lesioned rats. VA-VL DBS increased spike frequencies of primary (M1) and secondary (M2) motor cortical pyramidal cells and M2, but not M1, interneurons. To explore the translational merits of VA-VL DBS, we compared the therapeutic window, rate of stimulation-induced dyskinesia onset, and effects on memory between VA-VL and STN DBS. VA-VL and STN DBS had comparable therapeutic windows, induced dyskinesia at similar rates in hemiparkinsonian rats, and adversely affected performance in the novel object recognition (NOR) test in cognitively normal and mildly impaired sham animals. Interestingly, a subset of sham rats with VA-VL implants showed severe cognitive deficits with DBS off. VA-VL DBS improved NOR test performance in these animals. We conclude that VA-VL DBS may exert its therapeutic effects by increasing pyramidal cell activity in the motor cortex and interneuron activity in the M2, with plausible potential to improve memory in PD.

帕金森氏病（PD）中的深部脑刺激（DBS）会改变神经元功能和网络通讯，从而改善运动症状。丘脑下核（STN）是PD的最常见DBS靶标，但某些患者会遭受记忆和认知方面的不利影响。先前，我们报道了丘脑腹前核（VA）和腹侧核（VL）以及两个（VA | VL）之间的接口（统称为VA-VL）的DBS减轻了半帕金森氏6-羟基多巴胺的前肢运动障碍（ 6-OHDA）大鼠模型。为了确定VA-VL DBS功效的基本机制，我们在麻醉的6-OHDA损伤大鼠中使用单个记录电极检查了运动皮质神经元对VA-VL DBS的反应。VA-VL DBS增加了原代（M1）和次要（M2）运动皮质锥体细胞和M2的尖峰频率，但没有增加M1，中间神经元。为了探讨VA-VL DBS的翻译优势，我们比较了VA-VL和STN DBS的治疗窗口，刺激诱发的运动障碍发作率以及对记忆的影响。VA-VL和STN DBS具有可比的治疗窗，在半帕金森氏病大鼠中以相似的速率诱发运动障碍，并且对认知正常和轻度虚假动物的新型对象识别（NOR）测试的性能产生不利影响。有趣的是，部分假牙大鼠植入了VA-VL后，表现出严重的认知功能障碍，而DBS消失了。VA-VL DBS改善了这些动物的NOR测试性能。我们得出结论，VA-VL DBS可能通过增加运动皮质中的锥体细胞活性和M2中的中间神经元活性来发挥其治疗作用，并有可能改善PD的记忆。为了探讨VA-VL DBS的翻译优势，我们比较了VA-VL和STN DBS的治疗窗口，刺激诱发的运动障碍发作率以及对记忆的影响。VA-VL和STN DBS具有可比的治疗窗，在半帕金森氏病大鼠中以相似的速率诱发运动障碍，并且对认知正常和轻度虚假动物的新型对象识别（NOR）测试的性能产生不利影响。有趣的是，部分假牙大鼠植入了VA-VL后，表现出严重的认知功能障碍，而DBS消失了。VA-VL DBS改善了这些动物的NOR测试性能。我们得出结论，VA-VL DBS可能通过增加运动皮质中的锥体细胞活性和M2中的中间神经元活性来发挥其治疗作用，并有可能改善PD的记忆。为了探讨VA-VL DBS的翻译优势，我们比较了VA-VL和STN DBS之间的治疗窗口，刺激诱发的运动障碍发作率以及对记忆的影响。VA-VL和STN DBS具有可比的治疗窗，在半帕金森氏病大鼠中以相似的速率诱发运动障碍，并且对认知正常和轻度虚假动物的新型对象识别（NOR）测试的性能产生不利影响。有趣的是，部分假牙大鼠植入了VA-VL后，表现出严重的认知功能障碍，而DBS消失了。VA-VL DBS改善了这些动物的NOR测试性能。我们得出结论，VA-VL DBS可能通过增加运动皮层中的锥体细胞活性和M2中的中间神经元活性来发挥其治疗作用，并有可能改善PD的记忆。刺激引起的运动障碍发作的发生率，以及对VA-VL和STN DBS之间记忆的影响。VA-VL和STN DBS具有可比的治疗窗，在半帕金森氏病大鼠中以相似的速率诱发运动障碍，并且对认知正常和轻度虚假动物的新型对象识别（NOR）测试的性能产生不利影响。有趣的是，部分假牙大鼠植入了VA-VL后，表现出严重的认知功能障碍，而DBS消失了。VA-VL DBS改善了这些动物的NOR测试性能。我们得出结论，VA-VL DBS可能通过增加运动皮质中的锥体细胞活性和M2中的中间神经元活性来发挥其治疗作用，并有可能改善PD的记忆。刺激引起的运动障碍发作的发生率，以及对VA-VL和STN DBS之间记忆的影响。VA-VL和STN DBS具有可比的治疗窗，在半帕金森氏病大鼠中以相似的速率诱发运动障碍，并且对认知正常和轻度虚假动物的新型对象识别（NOR）测试的性能产生不利影响。有趣的是，假手术组中的一部分使用VA-VL植入的假大鼠在DBS关闭时表现出严重的认知缺陷。VA-VL DBS改善了这些动物的NOR测试性能。我们得出结论，VA-VL DBS可能通过增加运动皮质中的锥体细胞活性和M2中的中间神经元活性来发挥其治疗作用，并有可能改善PD的记忆。在半帕金森氏症大鼠中以相似的速率诱发运动障碍，并且在认知正常和轻度虚假动物中的新型对象识别（NOR）测试中对性能产生不利影响。有趣的是，部分假牙大鼠植入了VA-VL后，表现出严重的认知功能障碍，而DBS消失了。VA-VL DBS改善了这些动物的NOR测试性能。我们得出结论，VA-VL DBS可能通过增加运动皮质中的锥体细胞活性和M2中的中间神经元活性来发挥其治疗作用，并有可能改善PD的记忆。在半帕金森氏症大鼠中以相似的速率诱发运动障碍，并且在认知正常和轻度虚假动物中的新型对象识别（NOR）测试中对性能产生不利影响。有趣的是，部分假牙大鼠植入了VA-VL后，表现出严重的认知功能障碍，而DBS消失了。VA-VL DBS改善了这些动物的NOR测试性能。我们得出结论，VA-VL DBS可能通过增加运动皮质中的锥体细胞活性和M2中的中间神经元活性来发挥其治疗作用，并有可能改善PD的记忆。VA-VL DBS改善了这些动物的NOR测试性能。我们得出结论，VA-VL DBS可能通过增加运动皮质中的锥体细胞活性和M2中的中间神经元活性来发挥其治疗作用，并有可能改善PD的记忆。VA-VL DBS改善了这些动物的NOR测试性能。我们得出结论，VA-VL DBS可能通过增加运动皮质中的锥体细胞活性和M2中的中间神经元活性来发挥其治疗作用，并有可能改善PD的记忆。