Background: Subcortical structures including the basal ganglia have been proposed to be crucial for arousal, consciousness, and behavioural responsiveness. However, how basal ganglia contributes to the loss and recovery of consciousness during anaesthesia has not been well characterized. Methods: In this study, using local field potentials (LFPs) from subthalamic nucleus (STN) and scalp electroencephalogram in 12 Parkinson's disease patients, we investigate STN neural signatures during propofol general anaesthesia and during intubation as an arousal intervention in anaesthesia. Results: Propofol-induced anaesthesia resulted in changes in multiple frequency bands in STN LFPs, including increased low-frequency activities (slow-wave oscillation, delta, theta, and alpha bands) and decreased higher-frequency activities. This was also accompanied by increased STN-frontal cortical coherence in alpha frequency band. Beta and high-gamma activities in the STN temporally increased during intubation compared to the status of loss of consciousness. We also show that the dynamic changes in the high frequency activities (80-180 Hz) in STN LFPs induced by propofol and intubation correlated with power-law exponent in the power spectra between 2 and 80 Hz. Conclusions: Our findings suggest that anaesthesia and intubation induced changes in the STN LFPs in multiple frequency bands. They are also consistent with the hypothesis that the power-law exponent in the power spectra between 2 and 80 Hz reflect the excitation/inhibition balance in the STN, which is modulated by anaesthesia and intubation, and further modulate the high frequency activity.

Abstract Lateral habenula is believed to encode negative motivational stimuli and plays key roles in the pathophysiology of psychiatric disorders. However, how habenula activities are modulated during the perception and processing of emotional information is still poorly understood. We recorded local field potentials from bilateral habenula areas with simultaneous cortical magnetoencephalography in nine patients with psychiatric disorders during an emotional picture viewing task. Oscillatory activity in the theta/alpha band (5-10 Hz) within the habenula and prefrontal cortical regions, as well as the coupling between these structures, are increased during the perception and processing of negative emotional stimuli compared to positive emotional stimuli. The evoked increase in theta/alpha band synchronization in the frontal cortex-habenula network correlated with the emotional valence not the arousal score of the stimuli. These results provide direct evidence for increased theta/alpha synchrony within the habenula area and prefrontal cortex-habenula network in the perception of negative emotion in human participants.