Effects of deep brain stimulation on balance and gait in patients with Parkinson's disease: A systematic neurophysiological review

SummaryDeep brain stimulation (DBS) of the subthalamic nucleus (STN) and internal globus pallidus (GPi) deep brain stimulation (DBS) provides an efficient treatment for the alleviation of motor signs in patients with Parkinson's disease. The effects of DBS on gait and balance disorders are less successful and may even lead to an aggravation of freezing of gait and imbalance. The identification of a substantia nigra pars reticulata (SNr)-mesencephalic locomotor region (MLR) network in the control of locomotion and postural control and of its dysfunction/lesion in PD patients with gait and balance disorders led to suggestion that DBS should be targeting the SNr and the pedunculopontine nucleus (part of the MLR) for PD patients with these disabling axial motor signs. However, the clinical results to date have been disappointing. In this review, we discuss the effects of DBS of these basal ganglia and brainstem structures on the neurophysiological parameters of gait and balance control in PD patients. Overall, the data suggest that both STN and GPi-DBS improve gait parameters and quiet standing postural control in PD patients, but have no effect or may even aggravate dynamic postural control, in particular with STN-DBS. Conversely, DBS of the SNr and PPN has no effect on gait parameters but improves anticipatory postural adjustments and gait postural control.

RésuméLa stimulation cérébrale profonde du noyau sous-thalamique (NST) ou du globus pallidum interne (GPi) représente un traitement efficace des troubles moteurs de la maladie de Parkinson. Les effets de la stimulation cérébrale profonde (SCP) sur les troubles de la marche et de l’équilibre sont moins probants avec parfois une aggravation postopératoire du freezing de la marche et/ou des chutes. L’identification du circuit substantia nigra pas reticulata (SNr) – région locomotrice mésencéphalique (RLM), qui comprend le noyau pédunculopontin (NPP) comme ayant un rôle majeur dans le contrôle postural et la locomotion et de leur dysfonctionnement/lésion chez les patients parkinsoniens souffrant de troubles de la marche et de l’équilibre a permis d’envisager la SCP de ces régions cérébrales pour améliorer ces signes moteurs invalidants. Toutefois, les résultats cliniques ont été assez décevants. Dans cette revue, nous rapportons les effets de la SCP des ganglions de la base et du NPP sur les paramètres neurophysiologiques de la marche et du contrôle postural chez les patients parkinsoniens. En moyenne, la SCP du NST et du GPi améliore les paramètres locomoteurs et le contrôle postural en position statique, mais semble avoir peu ou pas d’effet sur le contrôle postural dynamique avec peut-être une aggravation, en particulier avec la SCP-NST. Inversement, la SCP de la SNr ou du PPN ne modifie pas les paramètres locomoteurs mais pourrait améliorer les ajustements posturaux anticipatoires et le contrôle postural dynamique.