Karakterisering af komplekse pulsformer i dyb hjernestimulering for bevægelsesforstyrrelser ved hjælp af EEG og lokal feltpotentiale optagelser (CHANNEL DBS)

Parkinsons sygdom og essentiel tremor er kroniske bevægelsesforstyrrelser, som der ikke findes nogen kur mod. Når medicin ikke længere er effektiv, anbefales dyb hjernestimulering (DBS). Standard DBS er en neuromodulationsmetode, der bruger en simpel monofasisk puls, leveret fra en elektrode til at stimulere neuroner i et målhjerneområde. Denne monofasiske puls spredes ud fra elektroden og skaber et bredt elektrisk felt, der stimulerer en stor neural population. Dette kan ofte effektivt reducere motoriske symptomer. Imidlertid oplever mange DBS-patienter bivirkninger - forårsaget af stimulering af ikke-målneuroner - og suboptimal symptomkontrol - forårsaget af utilstrækkelig stimulering af det korrekte neurale mål. Evnen til omhyggeligt at manipulere det stimulerende elektriske felt til at målrette mod specifikke neurale subpopulationer kunne løse disse problemer og forbedre patientresultaterne.

Det har vist sig, at ændring af den elektriske bølgeform (f.eks. pulsvarighed, pulspolaritet osv.) bestemmer den rumlige selektivitet ved funktionel elektrisk stimulation. Også et nyligt klinisk studie undersøgte for første gang de akutte virkninger af anodisk sammenlignet med katodisk neurostimulering hos 10 PD-patienter. De fandt ud af, at tærsklerne for anodisk stimulering var signifikant højere end tærsklerne for katodisk stimulering, hvilket er i overensstemmelse med tidligere forskning i dyreforsøg og modelberegninger. Imidlertid rapporterede de også en bedre klinisk effekt af anodisk sammenlignet med katodisk stimulering. Endvidere er et modelleringsstudie fra Anderson et al. (2018) fandt ud af, at fiberorienteringer kan målrettes selektivt afhængigt af stimulusbølgeformen (dvs. katodisk eller anodisk). En anden nylig undersøgelse undersøgte effekten af ​​en aktiv symmetrisk bifasisk puls hos 8 PD- og 3 ET-patienter. De fandt ud af, at denne pulsform producerede betydelige kliniske forbedringer sammenlignet med den kliniske standardpulsform.

Udover den symmetriske bifasiske pulsform viser den asymmetriske præpuls et stort potentiale for forfining af DBS-terapi. Hvis præ-pulsen er anodisk, har den en hyperpolariserende effekt og omtales derfor som en hyperpolariserende præ-puls. Hvis den er katodisk, har den en depolariserende effekt nær elektroden og omtales derfor som en depolariserende præ-impuls. Kliniske undersøgelser fokuserede på brugen af ​​asymmetriske pulsformer for at forbedre den rumlige selektivitet ved selektivt at ophidse fibre i cochleaimplantatlyttere13-16. Modelleringsundersøgelser indikerer, at en hyperpolariserende præ-impuls faktisk kan sænke tærsklen for axoner, og at tærsklen sænkes mere for axoner tæt på elektroden end axoner længere væk. Dette indikerer, at en hyperpolariserende præ-impuls kan hjælpe med at fokusere virkningerne af stimulering til axoner nær elektroden, hvilket fører til en stigning i det terapeutiske vindue og potentielt mere effektiv symptomkontrol.

Beviser tyder på, at tidsmæssige manipulationer (dvs. brugen af ​​komplekse pulsformer, specifikt bifasiske pulser og asymmetriske præpulser) af stimuleringsfeltet kan udnytte biofysiske forskelle i neuroner til at målrette mod specifikke underpopulationer. I sidste ende kan dette føre til en stigning i det terapeutiske vindue og/eller mere effektiv symptomkontrol. I denne undersøgelse sigter vi mod at forstå den neurale mekanisme, der understøtter de kliniske effekter, der observeres ved at manipulere pulsformerne, ved at sammenligne neurofysiologiske reaktioner med de standard kliniske pulsformer med reaktionerne på de komplekse pulsformer. Dette vil blive opnået ved hjælp af to tilgange. Den første tilgang vil studere neurale reaktioner på forskellige pulsformer ved hjælp af elektroencefalografi (EEG) optagelser. Den anden tilgang vil studere neurale reaktioner på forskellige pulsformer ved hjælp af intraoperative lokalfeltpotentiale (LFP) optagelser. Denne undersøgelse og forskningsprotokol vedrører kun indsamling af EEG- og LFP-optagelser hos DBS-patienter. Protokollen omfatter ingen kirurgiske indgreb, som allerede vil finde sted som en del af patientens normale kliniske pleje.