Svækkelse af neuromuskulær kommunikation ved motor-neuronsygdom: en biomarkør for tidlig og personlig diagnose (MotorMarker)

Amyotrofisk lateral sklerose (ALS) eller Motor Neuron Disease (MND) er en terminal neurodegenerativ sygdom, der fører til progressivt tab af motorisk funktion. Behandling af ALS er fortsat en uløst udfordring, og på trods af intensiv forskning er diagnose og terapi endnu ikke tilpasset tilstrækkeligt. Ny behandling og plejekvaliteten efter diagnose kan forbedres ved tidlig diagnosticering på det individuelle patientniveau, hvilket muliggør skræddersyet pleje og individualiseret behandling.

For at personalisere diagnosen er der behov for pålidelige kvantitative biomarkører, for tidlig påvisning af sygdomsdebut og for at skelne de forskellige undertyper af sygdommen. Specifikt er flere biomarkører blevet undersøgt til brug i ALS, herunder Motor Unit Number Estimation (MUNE), Motor Unit Number Index (MUNIX), Cortical Excitability in Transcranial Magnetic Stimulation (TMS), EMG Inter-muscular Coherence, Magnetic Resonance (MR) og andre billeddannelsesteknikker og EEG-signaturer. Imidlertid er den diagnostiske anvendelighed af disse teknikker, især de billige ikke-invasive optagelser af elektrisk muskelaktivitet - bipolær eller højdensitetsoverfladeelektromyografi (sEMG) og elektrisk hjerneaktivitet -overfladeelektroencefalografi (sEEG) - begrænset: biomarkørerne er ikke stærkt forbundet med de neurofysiologiske mekanismer, der påvirkes ved ALS.

Det menneskelige motoriske system omfatter 2 undersystemer: α-motorsystemet innerverer direkte de motoriske neuroner og spinale interneuroner og γ-systemet, der modulerer sensorerne i musklernes feedback-refleksløkker til indirekte at bidrage til muskelaktiveringer. Disse 2 systemer danner et neuromuskulært kommunikations- og kontrolnetværk, hvorigennem neurale signaler kommunikeres til og fra muskler for koordineret bevægelse. Ved ALS er der en forstyrrelse af funktionen af ​​både øvre og nedre motoriske neuroner. I de lavere motoriske neuroner starter degenerationen af ​​det α-motoriske system før γ-systemet, hvilket ændrer det relative bidrag fra α og γ-systemet, hvilket forvrænger mønstrene for neuromuskulær kommunikation i bevægelser. Det er derfor af interesse at skelne og adskille de elektrofysiologiske signaturer, der afspejler sansemotoriske netværkskommunikationsmønstre, der vedrører hvert delsystem i funktion og dysfunktion, som igen kan fungere som biomarkører. I specifikke undergrupper af ALS, dvs. Primær lateral sklerose (PLS) og progressiv muskelatrofi (PMA) - der er selektiv degeneration af henholdsvis de øvre eller nedre motoriske neuroner. Derfor må der forventes mere specifikke ændringer i netværkskommunikationsmønstre.

For at analysere de kybernetiske karakteristika (kommunikation, kontrol og informationsoverførsel) skal elektrofysiologiske signaler analyseres fra flere punkter i det neuromuskulære system som et sammenkoblet netværk. Dette kan opnås ved fælles registrering og avanceret analyse af co-variabilitet af mønstre i EMG/EEG, f.eks. (retningsbestemt) kortiko-muskulær sammenhæng og retningsbestemte netværkspåvirkninger, under funktionelle motoriske opgaver. Det antages, at neuromuskulære kommunikationsmål baseret på både EEG og EMG (indikatorer for patofysiologisk forandring, målt som et netværk) bedre afspejler ALS-debut og subtyper end mål baseret på enten EEG eller EMG isoleret (indikatorer for strukturel ændring, målt ved noder) .

Succesfuld diskrimination af de elektrofysiologiske signaturer kan bruges til at diagnosticere ALS, hvilket også kan være nyttigt med hensyn til bedre patientpleje og udvikling af ny neuro-motorisk rehabilitering.