Abstract Abnormally sustained beta-frequency synchronisation between the motor cortex and subthalamic nucleus (STN) is associated with motor symptoms in Parkinson’s disease (PD). It is currently unclear whether STN neurons have a preference for beta-frequency input (12-35Hz), rather than cortical input at other frequencies, and how such a preference would arise following dopamine depletion. To address this question, we combined analysis of cortical and STN recordings from awake PD patients undergoing deep brain stimulation surgery with recordings of identified STN neurons in anaesthetised rats. In PD patients, we demonstrate that a subset of STN neurons are strongly and selectively sensitive to fluctuations of cortical beta oscillations over time, linearly increasing their phase-locking strength with respect to full range of instantaneous amplitude. In rats, we probed the frequency response of STN neurons more precisely, by recording spikes evoked by short bursts of cortical stimulation with variable frequency (4-40Hz) and constant amplitude. In both healthy and dopamine-depleted animals, only beta-frequency stimulation selectively led to a progressive reduction in the variability of spike timing through the stimulation train. We hypothesize, that abnormal activation of the indirect pathway, via dopamine depletion and/or cortical stimulation, could trigger an underlying sensitivity of the STN microcircuit to beta-frequency input.

Abstract Introduction The aim of this German national guideline is to optimize the clinical care of patients with Parkinson's disease (PD) in terms of diagnostics, drug and surgical treatment and care. Summary or definition of the topic This guidance was prepared for the German Society of Neurology (DGN) in collaboration with the Austrian Society of Neurology (ÖGN) and the Swiss Neurological Society (SNG) for German-speaking countries. The guidelines for the diagnosis and treatment of PD have been revised by a national expert group and the guideline commission of the DGN at S2k level. The main objective of these guidelines is to optimize the clinical care of PD patients regarding diagnosis, including early detection, technical diagnostic examinations, and pharmacological as well as invasive treatment options. Recommendations The updated PD diagnosis and treatment guidelines are emphasizing optimized clinical care. Key revisions include preferring the name "Parkinson's disease" over previous terms and adopting International Parkinson and Movement Disorder Society (MDS) diagnostic criteria. Recommendations cover genetic and imaging diagnostics, initial pharmacotherapy considering efficacy and patient factors, and tailored pharmacological combinations for complications. Guidelines extend to managing cognitive, affective, psychotic, and autonomic symptoms, along with non-oral therapies like pump therapy and deep brain stimulation. Special situations like akinetic crisis, driving ability, and care concepts are addressed, ensuring comprehensive management for PD patients at various stages and conditions. Conclusions This guidance reflects the state of the art at the beginning of 2024.

Introduction: Parkinson’s disease represents a burdensome condition with complex manifestations. A licensed, standardized paper-based questionnaire is completed by both patients and physicians to monitor the progression and state of the disease. However, integrating the obtained scores into digital systems still poses a challenge. Methods: Paper-based handwriting is intuitive and an efficient mode of human-computer interaction. Accordingly, we transformed a consumer-grade tablet into a device where an exact digital copy of the disease-specific questionnaire can be filled with the supplied pen. Utilizing a small convolutional neural network directly on the device and trained on MNIST data, we translated the handwritten digits to appropriate LOINC codes and made them accessible through a FHIR-compatible HTTP interface. Results: When evaluating the usability from a patient-centric point of view, the System Usability Score revealed an excellent rating (SUS = 83.01) from the participants. However, we identified some challenges associated with the magnetic pen and the flat design of the device. Conclusion: In setups where certified medical devices are not required, consumer hardware can be used to map handwritten digits of patients to appropriate medical standards without manual intervention through healthcare professionals.

Current treatments of Parkinson9s disease (PD) have limited efficacy in alleviating freezing of gait (FoG). In this context, concomitant deep brain stimulation (DBS) of the subthalamic nucleus (STN) and the substantia nigra pars reticulata (SNr) has been suggested as a potential therapeutic approach. However, the mechanisms underlying this approach are unknown. While the current rationale relies on network-based hypotheses of intensified disinhibition of brainstem locomotor areas to facilitate the release of gait motor programs, it is still unclear how simultaneous high-frequency DBS in two interconnected basal ganglia nuclei affects large-scale cortico-subcortical network activity. Here, we use a basic model of neural excitation, the susceptible-excited-refractory (SER) model, to compare effects of different stimulation modes of the network underlying FoG. We develop a network-based computational framework to compare subcortical DBS targets through exhaustive analysis of the brain attractor dynamics in the healthy, PD and DBS states. We demonstrate the validity of the approach and the superior performance of combined STN+SNr DBS in the normalization of spike propagation flow in the FoG network. The framework aims to move towards a mechanistic understanding of the network effects of DBS and may be applicable to further perturbation-based therapies of brain disorders.

Abstract Deep brain stimulation can influence the speech and voice quality in Parkinson´s disease (PD). This controlled, randomized, double-blind, cross-over clinical trial was conducted in 15 PD patients with bilateral subthalamic deep brain stimulation (DBS) to compare the effects of STN-DBS with combined subthalamic and nigral stimulation (STN + SNr-DBS) and DBS OFF on speech and voice parameters in PD patients. Speech and voice were analyzed subjectively using questionnaires (voice/pronunciation quality VAS, VHI, SHI) and objectively using audio analysis (maximum phonation time, AVQI, mean F0, intonation, syllable rate, reading time). Both stimulation conditions, STN + SNr-DBS and STN-DBS, revealed heterogeneous effects on speech and voice production with a slight beneficial effect on the voice quality of individual patients compared to DBS OFF, but not in the whole group. Small, but not significant effects were seen only in subjective voice quality on the VAS and intonation (both stimulation conditions compared to DBS OFF). No significant changes of the objective speech parameters during the audio analysis could be observed (both stimulation conditions compared to DBS OFF). There were no significant differences between STN + SNr-DBS and STN-DBS in any speech and voice domain. The beneficial effects on speech and voice production are minor in most patients compared to the motor improvements by DBS. Both STN-DBS and STN + SNr-DBS were safe, with comparable effects between both DBS modes, and represent no contraindications from the perspective of the voice specialist.

Synchronized oscillations within and between brain areas facilitate normal processing, but are often amplified in disease. A prominent example is the abnormally sustained beta-frequency (~20Hz) oscillations recorded from the cortex and subthalamic nucleus of Parkinson's Disease patients. Computational modelling suggests that the amplitude of such oscillations could be modulated by applying stimulation at a specific phase. Such a strategy would allow selective targeting of the oscillation, with relatively little effect on other activity parameters. Here we demonstrate in awake, parkinsonian patients undergoing functional neurosurgery, that electrical stimulation arriving on consecutive cycles of a specific phase of the subthalamic oscillation can suppress its amplitude and coupling to cortex. Stimulus-evoked changes in spiking did not have a consistent time course, suggesting that the oscillation was modulated independently of net output. Phase-dependent stimulation could thus be a valuable strategy for treating brain diseases and probing the function of oscillations in the healthy brain.

Parkinson’s disease management requires accurate clinical scores but suffers from missing data. Leveraging self-supervised learning, we demonstrate superior generalization capabilities across populations compared to other well-established imputation techniques (MIWAE, MissForest, MICE). With the ability to employ the method already during the data collection and not afterward, the technology allows more robust data collection in clinical reality.