Summary
Parkinson's disease is a chronic neurodegenerative disorder that presents a wide range of motor and non-motor symptoms that have significant and negative impact on the quality of life of patients. The underlying neuropathology shows the involvement of a group of subcortical structures, the basal ganglia. These deep brain areas show altered activity and connectivity with more superficial, cortical brain areas in Parkinson's disease patients. These pattern changes are associated with characteristic features of the disease (motor impairment, cognitive decline) and effectiveness of therapeutical interventions.

There are several limitations to exploring the possible underlying mechanisms behind these activity patterns in PD patients. To overcome these limitations, animal models can be used. In the current thesis we aimed to develop a rodent model that allows recording brain activity simultaneously from basal ganglia and cerebral cortex during natural behaviour. To achieve this aim we developed a device that technically enabled data collection in the rat model of Parkinson's disease. The data was analysed to explore changes in local activity and the interplay (synchronization and directionality patterns) between the measured brain areas.

The results demonstrated remarkable similarities of synchronization patterns between the animal model and PD patients. We detected a dynamic interplay between (relatively) distant brain areas, we demonstrated how structures of the basal ganglia are related to and influenced by cortical brain areas. This may shed light on some of the neuronal oscillatory processes underlying cortical activity changes detected in Parkinson's disease patients. The current model might be used for future investigations to further elaborate upon the mechanisms underlying the neurophysiological alterations in Parkinson's disease and its modulation by behaviour or therapeutical interventions.

 

Nederlandse samenvatting:
De ziekte van Parkinson is een chronisch neurodegeneratieve ziekte die gekenmerkt wordt door motorische en non-motorische symptomen die een (behoorlijke en) negatieve invloed op de levenskwaliteit van patiënten heeft. De onderliggende pathologie van de ziekte geeft de betrokkenheid van een groep diepe hersengebieden, de basale kernen, weer. De patronen van hersenactiviteit tussen die diepe en meer oppervlakkige (hersenschors ) hersengebieden zijn veranderd bij patienten met de ziekte van Parkinson. Deze patroonveranderingen zijn geassocieerd met bepaalde karakteristieke symptomen van de ziekte (de motorische en cognitieve achteruitgang) en  effectiviteit van therapeutische interventies.

De mogelijkheden  om die patronen bij patienten met de ziekte van Parkinson te onderzoeken zijn beperkt. Het gebruik van proefdieren kan deze beperking overwinnen. Het doel van dit proefschrift was een rattenmodel voor de ziekte van Parkinson te ontwikkelen waarbij tijdens natuurlijk gedrag simultaan hersenactiviteit  in diepe (basale kernen) en oppervlakkig (hersenschors) hersengebieden gemeten kan worden. Om dit doel te bereiken hebben wij een apparaat ontwikkeld die data verzameling mogelijk maakt in het rat model van de ziekte van Parkinson. We hebben deze data geanalyseerd om (de lokale hersenactiviteit en de interactie (patronen van synchronizatie en directionaliteit) tussen de diverse  gemeten  hersengebieden te beschrijven.

De resultaten van het onderzoek laten opmerkelijke overeenkomsten in (hersenactiviteit en patronveranderingen) tussen het diermodel en patienten met ziekte van Parkinson zien. We hebben dynamisch wisselwerkingen ontdekt tussen de gemeten  hersengebieden en gedemonstreerd hoe structuren van de basale kernen gerelateerd zijn aan en beïnvloed worden door de hersenschors. Deze bevindingen kunnen bepaalde processen onthullen  onderliggend aan de veranderingen in hersenactiviteit in Parkinson patiënten . Het gepresenteerde diermodel van dit proefschrift kan een instrument zijn bij vervolgstudies om neurofysiologische veranderingen in mechanismen bij de ziekte van Parkinsonen  zijn veranderingen bij beweging  of therapeutische interventies verder te onderzoeken.