Použití DBS k sondování dysfunkce bazálních ganglií

Tato studie zkoumá, jak bazální ganglia přispívají k motorickým symptomům, jako je třes, bradykineze a svalové křeče. Základním výzkumným přístupem je záznam z míst v bazálních gangliích, když jsou pacienti symptomatickí, takže mozkové vlny mohou být korelovány se symptomy/příznaky. Jakmile se mozková vlna zaplete do aspektu abnormálního pohybu, vědci se mohou pokusit potvrdit její ústřední roli ve funkci nebo dysfunkci spuštěním stimulace, kdykoli je mozková vlna zachycena. Pro stimulaci budou výzkumníci používat stejnou vysokofrekvenční stimulaci (130 Hz) jako klinicky, protože se předpokládá, že účinně potlačuje nervovou aktivitu v místě stimulace. Pokud je tedy daná mozková vlna důležitá například při zpomalení pohybu, pak spuštěním stimulace, kdykoli je tato mozková vlna velká, lze očekávat, že se rychlost pohybu zvýší.

Vyšetřovatelé doufají, že budou následovat tento dvoufázový postup, aby zdokumentovali roli různých mozkových aktivit získaných z míst bazálních ganglií při řízení třesu, svalových křečí a zpomalení pohybu u pacientů s Parkinsonovou chorobou, dystonií a esenciálním třesem. Tato studie je důležitá, protože pokud vědci mohou stimulací změnit mozkové funkce a specifické symptomy, mohou použít stejnou formu stimulace řízené zpětnou vazbou jako potenciálně účinnou formu léčby. Konvenční hluboká mozková stimulace poskytuje stálou stimulaci po celou dobu. Výzkumníci například začínají vidět, že kontrola stimulace založená na zpětné vazbě z beta aktivity v bazálních gangliích může mít výhody oproti konvenční kontinuální hluboké mozkové stimulaci při léčbě Parkinsonovy choroby.

Současná studie se zajímá zejména o procesy přispívající k pomalosti (bradykineze) a rigiditě (ztuhlosti) u pacientů s Parkinsonovou nemocí, třesu u pacientů s Parkinsonovou nemocí a esenciálním třesem a svalovým spasmům u pacientů s dystonií.

1. Bradykineze a rigidita u pacientů s Parkinsonovou nemocí Již zde existuje důkaz, že tato poškození jsou spojena s aktivitou frekvenčního pásma beta (~20 Hz). Taková aktivita je přehnaná u pacientů s Parkinsonovou chorobou, u kterých přichází v dávkách trvajících několik set milisekund nebo i déle. Výzkumníci již prokázali, že spuštěním stimulace, když dojde k výbuchu beta aktivity, mohou urychlit pohyb a snížit rigiditu. V této studii se zajímají o (a) určení, zda je nutné spustit beta vzplanutí nebo zda stačí spustit obecnou úroveň beta aktivity (tj. zprůměrovanou za dlouhá období), (b) zda je-li nutné ke spuštění všech beta vzplanutí, nebo jsou to pouze dlouhé vzplanutí, které je třeba spustit, a (c) zda je spuštěná stimulace také dostatečná pro kontrolu třesu, pokud jde o koexistující symptom. Zkoumání těchto problémů vyžaduje, aby vyšetřovatelé zaznamenávali aktivitu bazálních ganglií (zpětnou vazbu) a dodávali stimulaci, přičemž měnili způsob zpracování zpětné vazby před stimulací. Z technického hlediska vyšetřovatelé mění zpracování signálu a podrobnosti o politice řízení, ale čistým výsledkem je hluboká mozková stimulace řízená zpětnou vazbou. Všimněte si, že vyšetřovatelé kontrolují amplitudu stimulace pouze v rámci klinicky stanoveného rozsahu, který nepřesahuje práh pro vyvolání vedlejších účinků. Všechny zbývající parametry stimulace, např. frekvence a šířka pulzu jsou nastaveny na standardní klinické nastavení.
2. Třes u pacientů s Parkinsonovou nemocí nebo esenciálním třesem Zde jsou důkazy, že třes je spojen s diskrétní mozkovou aktivitou, méně robustní, ačkoli se předpokládá, že roli hrají oscilace s frekvencí třesu (a dvojnásobnou). V podmínkách, kdy si vyšetřovatelé nejsou jisti přesnou povahou faktorů přispívajících ke stavu, v tomto případě třesu, často používají strojové učení k nalezení relevantních faktorů. Zde výzkumníci navrhují zaznamenat jak aktivitu bazálních ganglií, tak třes v končetinách a poté je použít s algoritmy strojového učení, aby poukázali na relevantní kombinaci signálů spojených s třesem. Vyšetřovatelé pak mohou použít výstupy strojového učení, aby jim řekli, jak ovládat třes pomocí stimulace, a zároveň zkoumat váhy vstupů do algoritmů strojového učení, aby odvodili důležité vztahy. Jak je uvedeno výše, prozkoumají optimální zpracování signálu a podrobnosti o politice řízení, ale čistým výsledkem je hluboká mozková stimulace řízená zpětnou vazbou. Všimněte si, že kontrolují pouze amplitudu stimulace v rámci klinicky stanoveného rozsahu, který nepřesahuje práh pro vyvolání vedlejších účinků. Všechny zbývající parametry stimulace, např. frekvence a šířka pulzu jsou nastaveny na standardní klinické nastavení.
3. Nedobrovolné svalové křeče u pacientů s dystonií Důkazy, že svalové křeče jsou spojeny s diskrétní mozkovou aktivitou, jsou také relativně slabé, ačkoli se předpokládá, že roli hrají oscilace na frekvencích theta-alfa (5-12 Hz). Výzkumníci navrhují zaznamenat jak aktivitu bazálních ganglií, tak svalové křeče v těle a poté je použít s algoritmy strojového učení, aby poukázali na relevantní kombinaci signálů spojených se svalovými křečemi. Poté mohou pomocí výstupů strojového učení říct, jak ovládat svalové křeče pomocí stimulace. Jak je uvedeno výše, vyšetřovatelé prozkoumají optimální zpracování signálu a podrobnosti o politice kontroly, ale čistým výsledkem je hluboká mozková stimulace řízená zpětnou vazbou. Všimněte si, že kontrolují pouze amplitudu stimulace v rámci klinicky stanoveného rozsahu, který nepřesahuje práh pro vyvolání vedlejších účinků. Všechny zbývající parametry stimulace, např. frekvence a šířka pulzu jsou nastaveny na standardní klinické nastavení.

Techniky, které mají být použity

Naše studie zahrnuje několik technik:

1. Hodnocení symptomů pomocí standardních klinických hodnotících škál, např. část III motorické UPDRS, Jednotná hodnotící škála dyskineze a test srozumitelnosti řeči u pacientů s Parkinsonovou chorobou; škála hodnocení esenciálního třesu (TETRAS) pro pacienty s esenciálním třesem; Burke Fahn Marsdenova hodnotící stupnice dystonie (BFMDRS) pro pacienty s dystonií. Výkon těchto hodnotících škál bude také nahrán na video pro off-line kontrolu.
2. Záznam periferních symptomů, jako je rychlost pohybu, třes nebo křeče standardními technikami, např. záznam rychlosti pohybu joysticku, záznam třesu a dalších pohybů pomocí testu nekoordinace bradykineze akineze, akcelerometrů na kůži a elektromyografických elektromyografických (EMG) elektrod na kůži. Jedná se o standardní, neinvazivní techniky, které nezahrnují žádné vedlejší účinky nepohodlí.
3. Záznam EEG pomocí elektrod upevněných na pokožce hlavy. Jedná se o standardní, neinvazivní techniku, která nezahrnuje žádné vedlejší účinky nebo nepohodlí. Je zde však důležité upozornění, že vzhledem k tomu, že tito pacienti budou mít na pokožce hlavy jizvy po nedávných chirurgických zákrocích, budou se jim vyhýbat, takže do vzdálenosti 4 cm od jakékoli rány nebude na pokožku hlavy aplikována žádná elektroda. Elektrody EEG se aplikují na pokožku hlavy pomocí vodivé pasty, která je pomáhá držet na místě. Někdy tam, kde to nedostatek vlasů dovolí, vyšetřovatelé podpevní toto připevnění nějakou páskou. U pacientů s externalizovanými svody hluboké mozkové stimulace nedochází k žádnému zvýšení rizika infekce díky záznamům.
4. Záznamy hloubkového EEG z elektrod pro hlubokou mozkovou stimulaci implantovaných do mozku chirurgem pro standardní klinickou terapii. Jelikož se jedná o pasivní nahrávky, nevznikají žádné vedlejší účinky ani rizika. Záznamy v 2-4 budou prováděny pomocí zesilovače, který je držitelem certifikační značky, která označuje shodu se zdravotními, bezpečnostními a ekologickými normami pro produkty prodávané v rámci Evropského hospodářského prostoru.
5. Stimulace hlubokých mozkových stimulačních elektrod implantovaných do mozku chirurgem pro standardní klinickou terapii. Stimulace může způsobit vedlejší účinky, takže je důležité, že výzkumníci budou dodávat stimulaci pouze ve formě a rozsahu používaném klinicky, přičemž dbají na to, aby vždy zůstali pod prahem pro vedlejší účinky. Stimulace bude dodávána prostřednictvím vlastního, na míru vyrobeného, ​​bateriemi dodávaného, ​​bilaterálního stimulátoru, který nemá certifikační značku, která označuje shodu s normami ochrany zdraví, bezpečnosti a ochrany životního prostředí pro produkty prodávané v rámci Evropského hospodářského prostoru. Přesto byl plně testován na bezpečnost. Stimulátor je aktualizovanou verzí stimulátoru používaného v několika minulých studiích, které byly přezkoumány a schváleny Národním výborem pro výzkum etiky ve Spojeném království South Central. Pro umožnění návratu stimulace je zesilovač připojen k vodivé podložce umístěné na krku. Periodické kontroly impedance zajistí, že toto spojení bude v průběhu experimentu robustní.

Účastníci budou mít možnost podstoupit studii bez obvyklé medikace na jejich motorické symptomy nebo s takovou medikací. První stav je preferován pro usnadnění demonstrování spojení mezi nervovými aktivitami a symptomy, ale konečné rozhodnutí bude na účastníkovi. Příznaky mohou být horší při dočasném vysazení léku, ale většina účastníků to bude znát v důsledku toho, že zapomněli lék v minulosti, nebo protože jim lék byl dočasně vysazen v rámci klinického testu, jako je provokační dávka levodopy.