Subthalamic nucleus deep brain stimulation for Parkinson's disease : "Are we where we think we are ?

ABSTRACT High frequency electrical deep brain stimulation (DBS) of the subthalamic nucleus (STN) is a worldwide recognized therapy for the motor symptoms of Parkinson's disease in fluctuating patients who are progressively disabled despite medical treatment adjustments. However, such improvements emerge despite a lack of understanding of either the precise role of STN in human motor control or the mechanism(s) of action of DBS. Through the question "are we where we think we are", this thesis is first dedicated to the control of the position of the preoperatively defined target and of the implanted electrodes on magnetic resonance imaging (MRI). This anatomical approach will provide a way to identify more precisely the structure(s) involved by electrical stimulation. Then, a study of the correlation existing between the position of the preoperative target and the position of the electrode is performed. In this part, a unique opportunity is given to identify factors that may affect these correlation results. Finally, the whole work represents a « quality assessment » of the crucial steps of STN DBS: first, the target and the implanted electrode localisation procedures that have been developed in collaboration with the Radiological department; second the implantation procedure that has been performed nowadays on more than 50 parkinsonian patients in the Neurosurgical department of the Centre Hospitalier Universitaire Vaudois in collaboration with the Neurological department. This work is especially addressed to the multidisciplinary medical team involved in the surgical treatment of movement disorders, including also neurophysiologists, neuropsychologists and psychiatrists. RESUME La stimulation électrique à haute fréquence du noyau sous-thalamique est à ce jour mondialement reconnue pour le traitement des symptômes moteurs de la maladie de Parkinson chez des patients sévèrement atteints et chez qui la réponse fluctuante au traitement médicamenteux ne peut être améliorée de façon satisfaisante. Cependant, les résultats observés surviennent malgré une compréhension approximative et controversée du rôle réel du noyau sous-thalamique dans le contrôle du mouvement volontaire aussi bien que des mécanismes d'action de la stimulation cérébrale profonde. A travers la question « sommes-nous où nous pensons être », cette thèse est tout d'abord consacrée à l'étude du contrôle de la position de la cible définie avant l'intervention et de la position des électrodes implantées sur l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Cette approche anatomique permettra d'identifier plus précisément la (les) structure(s) influencées par la stimulation électrique. Ensuite, une étude de la corrélation existant entre la position de la cible préopératoire et la position des électrodes implantées est effectuée. Elle a pour but de mettre en évidence les facteurs influençant les résultats de cette corrélation. Enfin, le travail dans son ensemble est un « contrôle de qualité » des étapes cruciales de la stimulation du noyau sous-thalamique : premièrement, des méthodes de localisation de la cible et des électrodes implantées effectuées sur IRM, développées en collaboration avec le service de Radiologie ; deuxièmement, de la méthode d'implantation utilisée à ce jour chez plus de 50 patients dans le service de Neurochirurgie du Centre Hospitalier Universitaire Vaudois en collaboration avec le service de Neurologie. Ce travail s'adresse spécialement aux équipes médicales pluridisciplinaires impliquées dans le traitement chirurgical des mouvements anormaux, incluant également des neurophysiologistes, des neuropsychologues et des psychiatres.