Charakterizace komplexních tvarů pulzů při hluboké mozkové stimulaci pro pohybové poruchy pomocí EEG a záznamů lokálního potenciálu pole (CHANNEL DBS)

Parkinsonova nemoc a esenciální třes jsou chronické pohybové poruchy, které nelze vyléčit. Když léky již nejsou účinné, doporučuje se hluboká mozková stimulace (DBS). Standardní DBS je neuromodulační metoda, která využívá jednoduchý monofázický pulz dodávaný z elektrody ke stimulaci neuronů v cílové oblasti mozku. Tento monofázický pulz se šíří z elektrody a vytváří široké elektrické pole, které stimuluje velkou neurální populaci. To může často účinně snížit motorické příznaky. Mnoho pacientů s DBS však pociťuje vedlejší účinky – způsobené stimulací necílových neuronů – a suboptimální kontrolu symptomů – způsobené neadekvátní stimulací správného nervového cíle. Schopnost opatrně manipulovat se stimulujícím elektrickým polem tak, aby se zaměřovalo na specifické neurální subpopulace, by mohla vyřešit tyto problémy a zlepšit výsledky pacientů.

Ukázalo se, že modifikace elektrického tvaru vlny (např. trvání pulzu, polarita pulzu atd.) určují prostorovou selektivitu při funkční elektrické stimulaci. Nedávná klinická studie také poprvé zkoumala akutní účinky anodické ve srovnání s katodickou neurostimulací u 10 pacientů s PD. Zjistili, že prahové hodnoty pro anodickou stimulaci byly významně vyšší než prahové hodnoty pro katodickou stimulaci, což je v souladu s předchozím výzkumem ve studiích na zvířatech a modelových výpočtech. Uvedli však také lepší klinický účinek anodické stimulace ve srovnání s katodickou stimulací. Dále modelová studie od Andersona et al. (2018) zjistili, že orientace vláken lze selektivně zacílit v závislosti na tvaru vlny stimulu (tj. katodické nebo anodické). Další nedávná studie zkoumala účinek aktivního symetrického bifázového pulzu u 8 pacientů s PD a 3 pacientů s ET. Zjistili, že tyto tvary pulzu produkovaly významná klinická zlepšení ve srovnání se standardním klinickým tvarem pulzu.

Kromě symetrického bifázového tvaru pulsu vykazuje asymetrický prepulz velký potenciál pro zdokonalení terapie DBS. Pokud je předpuls anodický, má hyperpolarizační účinek, a proto se označuje jako hyperpolarizační předpuls. Je-li katodický, má v blízkosti elektrody depolarizační účinek, a proto se označuje jako depolarizační předpuls. Klinické studie zaměřené na využití asymetrických tvarů pulzů ke zlepšení prostorové selektivity selektivním buzením vláken u posluchačů kochleárních implantátů13-16. Modelovací studie naznačují, že hyperpolarizující předpuls může ve skutečnosti snížit práh pro axony a že práh je snížen více pro axony blízko elektrody než axony dále. To naznačuje, že hyperpolarizující pre-pulz může pomoci zaměřit účinky stimulace na axony v blízkosti elektrody, což vede ke zvýšení terapeutického okna a potenciálně účinnější kontrole symptomů.

Důkazy naznačují, že časové manipulace (tj. použití složitých tvarů pulsů, konkrétně bifázických pulsů a asymetrických předpulzů) stimulačního pole mohou využívat biofyzikální rozdíly v neuronech k cílení na specifické subpopulace. V konečném důsledku to může vést ke zvýšení terapeutického okna a/nebo účinnější kontrole symptomů. V této studii se snažíme porozumět neurálnímu mechanismu, který je základem klinických účinků pozorovaných při manipulaci s tvary pulzu, porovnáním neurofyziologických reakcí se standardními klinickými tvary pulzů s reakcemi na komplexní tvary pulzů. Toho bude dosaženo pomocí dvou přístupů. První přístup bude studovat nervové reakce na různé tvary pulzů pomocí elektroencefalografických (EEG) záznamů. Druhý přístup bude studovat nervové odezvy na různé tvary pulzů pomocí intraoperativních záznamů lokálního potenciálu pole (LFP). Tato studie a výzkumný protokol se týká pouze sběru záznamů EEG a LFP u pacientů s DBS. Protokol nepokrývá žádné chirurgické výkony, které již proběhnou v rámci běžné klinické péče o pacienta.