Theta hluboká mozková stimulace pro kognitivní zlepšení u Parkinsonovy choroby

Cíl: Cílem navrhovaného výzkumu je otestovat schopnost theta stimulace STN modulovat kognitivní zpracování u pacientů s PD přímým zacílením na asociativní obvody STN.

Hypotéza: Předpokládáme, že theta stimulace asociativních obvodů STN zlepší výkon v kognitivních úlohách ve srovnání s kontrolním stavem, kdy stimulace cílí na senzomotorický obvod STN.

Metody Analýza síly: S dříve uváděnými mírnými velikostmi účinků (Cohenovo d=0,57) předpokládáme, že bude potřeba naverbovat 27 subjektů pro návrh v rámci subjektu se silou 0,8 a hladinou alfa 0,05.

Předměty: Pacienti se systémy hluboké mozkové stimulace budou přijati z kliniky Vancouver General Hospital DBS. Subjekty budou zařazeny, pokud mají STN DBS, předoperační a pooperační zobrazení (umožňující rekonstrukci elektrod) a jsou alespoň tři měsíce po operaci. Subjekty budou vyloučeny, pokud nejsou schopny dokončit kognitivní úkol (kvůli jazykové bariéře nebo demenci) nebo pokud mají významné komplikace související s DBS.

Návrh studie: Jedná se o jediný slepý, randomizovaný, křížový návrh opakovaného měření v rámci subjektu hodnotící interakci mezi lokalizací stimulace a modifikací chování. Subjekty budou zaslepeny vůči stimulačním podmínkám.

Identifikace asociativní sítě STN a optimální konfigurace elektrod: Než subjekt dorazí na stimulaci, zrekonstruujeme umístění elektrody pomocí potrubí v LeadDBS. Stručně řečeno, předoperační magnetická rezonance a pooperační CT vyšetření budou společně registrovány a následně nelineárně normalizovány do standardního prostoru. Elektrody budou identifikovány a rekonstruovány pomocí algoritmu PaCER implementovaného v LeadDBS. Pomocí individuální rekonstrukce elektrod každého subjektu vypočítáme VTA, které rozdílně zapojují asociativní STN oblast a STN-senzorimotorické oblasti. Odpovídající elektrodové konfigurace budou použity během kognitivní úlohy.

Základní kognitivní hodnocení: Každý subjekt podstoupí základní kognitivní screeningové vyšetření (Montreal Cognitive Assessment, MOCA), které bude použito jako kovariát v budoucí analýze. To bude provedeno jako součást jejich rutinního screeningu před operací DBS.

Theta DBS: Subjekty přijdou na kliniku ve stavu OFF medikace, aby pomohly kontrolovat známý nelineární příspěvek dopaminu k pracovní paměti. Budou podstupovat počítačovou pracovní paměť, přičemž budou stimulováni v každé ze čtyř podmínek. Těmto podmínkám bude odpovídat 1) OFF, 2) theta (6 Hz) stimulace asociativní STN oblasti (cílový stav), 3) theta stimulace STN senzomotorické oblasti (anatomický kontrolní stav) a 4) vysokofrekvenční (135 Hz). ) stimulace asociativní oblasti STN (podmínka řízení frekvence). Tyto podmínky budou randomizovány v rámci každého subjektu vytvořením náhodného celého čísla (1-4) bez opakování. Amplitudu a šířku pulzu budeme udržovat konstantní (2,5 mA, 90us). Po změně nastavení stimulace počkáme 5-10 minut před zahájením úlohy pracovní paměti. Zeptáme se subjektu, zda existuje nějaký nežádoucí vedlejší účinek stimulace (například parestézie). Pokud má subjekt parestezie nebo si jinak stěžuje na stimulaci, snížíme amplitudu o 0,5 mA. Pokud nebudeme schopni stimulovat, bude pacient ze studie vyloučen. Bezprostředně před zahájením úlohy pracovní paměti podstoupí subjekty krátké motorické vyšetření sestávající z položek z Unified Parkinson's Disease Rating Scale III. Na konci sezení budou subjekty zařazeny zpět do svého klinicky optimalizovaného programu a budou užívat léky podle svého normálního rozvrhu.

Úloha pracovní paměti: Upravená Sternbergova úloha bude prezentována pomocí přenosného počítače.

Statistická analýza: Naším primárním výsledkem bude výkonnost pracovní paměti během každé stimulační podmínky, jak je hodnoceno lineárním modelem se smíšeným efektem. Model bude specifikován jako výkonnost pracovní paměti ~ věk + MoCA + stimulační stav + základní kognice*stimulační stav + pořadí stimulace + (1|předmět) Naší hypotézou je, že na výkonnost pracovní paměti bude mít hlavní vliv stimulační stav, přičemž post-hoc jednovzorkové t-testy prokazující zlepšení theta asociativní STN podmínky ve srovnání s ostatními podmínkami. Očekáváme také, že uvidíme interakční účinek základní kognice se stimulačním stavem. Na základě předchozí literatury předpokládáme, že subjekty s nižší základní kognicí budou mít větší zlepšení během asociativní stimulace STN regionu. Zahrnutím proměnné pořadí stimulace se přizpůsobíme možnosti, že výkonnost subjektů bude časem klesat (kvůli únavě) bez ohledu na podmínky stimulace. Doplňková analýza posoudí motorický výkon během každého stimulačního stavu s hypotézou, že vysokofrekvenční stimulace bude mít snížení motorického skóre ve srovnání s nízkofrekvenční stimulací. Provedeme také post-hoc analýzu pro posouzení vztahu mezi výkonem úlohy a funkční a strukturální konektivitou mezi STN a asociativními sítěmi, za předpokladu, že existuje určitá variabilita v jednotlivých silných stránkách konektivity.