Cerebellar Stimulation: Regional Effects on a Thalamocortical System

Summary: Regional effects of electrical stimulation of the cerebellar surface were quantitatively analyzed. Computer controlled stimulus sequences were delivered to ventrolateral thalamus and evoked responses recorded from ip‐silateral sensorimotor cortex in the cat. Threshold and excitability profiles were produced with an on‐line computer, and their modification by cerebellar stimulation was determined. The results of electrical stimulation of the cerebellar surface were: (1) depressed excitability from paramedian lobule and lobulus simplex; (2) uniquely elevated thresholds from paramedian lobule; and (3) a profound and long‐lasting depression of excitability following termination of lobulus simplex stimulation. In comparison with our anticonvulsant drug studies, these data suggest that cerebellar surface stimulation has a far greater capacity to control excitability and threshold responsiveness of thalamocortical systems. Cerebellar electrode placement and temporal pattern of stimulation appear to be important factors in the production of antiepileptic effects. RÉSUMÉ Les effets régionaux de la stimulation électrique du cortex du cervelet ont été quantitativement analysés chez le chat. Des sequences de stimuli contrôlés par un ordinateur ont ete delivrees dans le thalamus ventrolateral et on a enregistré les réponses évoquées sur le cortex sensorimoteur ipsilatéral. Les seuils et les profils Ďexcitabilité ont ete produits avec un ordinateur “on‐line” et leurs modifications par la stimulation du cortex cérébelleux ont été appreciees. Les résultats ont ete les suivants: (1) Depression de l'excitabilite par stimulation du lobule paramedian et du lobule simplex; (2) Elevation des seuils settlement par stimulation du lobule paramedian; (3) Depression profonde et durable de l'excitabilite suivant la fin de la stimulation du lobule simplex. En comparant ces donnees a celles de nos etudes sur les drogues anti‐convulsivantes, on peut suggeier que la stimulation du cortex cerdbelleux a une bien plus grande capacite de contrôlé de l'excitabilité e't des seuils de réponse des systemes thalamocorticaux. Le placement des Electrodes cerdbelleuses et les modeles temporels de la stimulation semblent etre des facteurs importants en ce qui concerne la production des effets anti‐épileptiques. RESUMEN Se ha realizado un análisis cuantitativo de los efectos de la estimulación de la superficie cerebelosa. En el gato se aplicaron secuencias de estimulos al niicleo ventrolateral del talamo, controlados por una computadora y las respuestas evocadas se registraron en las cortezas sensorial y motora. El umbral y los perfiles de excitabilidad se produjeron con un compu‐tador en linea y se determinaron las modificaciones causadas por la estimulacidn cerebelosa. Los resul‐tados de la estimulación etectrica de la superficie cerebelosa fueron los siguientes: (1) excitabilidad deprimi‐da del ldbulo paramediano y del lobulillo simple; (2) umbrales elevados del ldbulo paramediano; y (3) prolongada e intensa depresidn de la excitabilidad tras la terminacidn del estimulo del lobulillo simple. En comparación con nuestros estudios con drogas anticonvulsivantes, estos datos sugieren que la estimulación de la superficie cerebelosa tiene una mayor capacidad de control de la excitabilidad y umbral de respuesta de los sistemas talamocorticales. La correc‐ta implantacidn de los electrodos cerebelosos y el patrdn temporal de la estimulacidn parecen ser fac‐tores importantes en la produccidn de los efectos antiepilépticos. ZUSAMMENFASSUNG Quantitative Analyse der regionalen Wirkungen elektrischer Stimulation der Kleinhirnoberfläche. Fol‐gen durch den Komputer kontrollierter Stimuli wur‐den dem ventrolateralen Thalamus zugefuhrt und evozierte Potentiale vom ipsilateralen sensomotori‐schen Cortex der Katze abgeleitet. Schwellenwertund Reizbarkeitsprofile wurden mit einem On‐line‐Komputer aufgezeichnet, ihre Modifikation durch Kleinhirnstimulierung bestimmt. Es ergaben sich folgende Ergebnisse der elektrischen Stimulierung der Kleinhirnoberfläche: (1) Verminderte Reizbarkeit des paramedianen Lappchens und des Lobulus simplex; (2) Ungewohnlich hohe Schwellenwerte des paramedianen Lappchens; und (3) Ausgepragte und lang anhal‐tende Verminderung der Reizbarkeit nach Ende der Stimulierung des Lobulus simplex. Verglichen mit unseren Untersuchungen iiber Antikonvulsiva lassen diese Ergebnisse vermuten, daß die Stimulierung der Kleinhirnoberflache in weitaus stärkerem Maße in der Lage ist, die Reizbarkeit und die Schwellenwerte des thalamocorticalen Systems zu kontrollieren. Der Sitz der Kleinhirnelektrode und das Zeitmuster der Stimulierung scheinen wichtige Faktoren zu sein, von denen die antiepileptische Wirkung abhängt.