Effekten af ​​træning på subthalamisk nucleus neural aktivitet ved Parkinsons sygdom

Parkinsons sygdom (PD) er en fremadskridende neurologisk sygdom, mest udbredt hos ældre voksne, som anslås at påvirke over 12 millioner mennesker på verdensplan i 2040. Mens antiparkinsonmedicin og deep brain simulation (DBS) er effektive til at håndtere sygdomssymptomer, er sygdomsmodifikation forblevet uhåndgribelig. Motion er blevet foreslået som den universelle recept for PD, der er i stand til at bremse sygdomsprogression; Især stationær cykling er blevet foreslået som en ideel træningsmodalitet for mennesker med PD (PwPD). Vores seminal tandem cykling undersøgelse var den første til at udnytte forceret træning (FE) hos humane PD patienter og demonstrerede en 30 % forbedring i kliniske vurderinger sammenlignet med frivillig øvelse (VE). Kort fortalt er FE en træningsform med høj intensitet, der stammer fra dyremodeller af PD, hvor frivillig træningsfrekvens øges, men ikke erstattes. PwPD blev således hjulpet til at træde i pedalerne med en højere hastighed (kadence) på tandemcyklussen sammenlignet med dem på en standard stationær cyklus, der udfører frivillig træning (VE). Dette arbejde resulterede i et paradigmeskifte med hensyn til at anbefale højintensiv træning til PwPD. I øjeblikket er vi involveret i to multi-site kliniske forsøg, der har til formål at identificere potentialet ved højintensiv træning til at bremse PD (2R01NS073717 & 1U01NS113851). På trods af træningens potentiale for at ændre sygdomsprogression, er dens virkningsmekanisme og virkninger på basalgangliernes funktion ikke forstået. Tabet af dopaminproducerende neuroner forbundet med PD resulterer i hypersynkroni af basalgangliernes motoriske kredsløb, der ligger til grund for PD-symptomer. Nylige dyreforsøg ved hjælp af FE evaluerede neural aktivitet, lokale feltpotentialer (LFP'er) fra den primære motoriske cortex (M1) for at estimere virkningen af ​​træning på basalgangliernes funktion. Efter FE blev neural hypersynkroni i beta (13-35Hz) frekvensbåndet reduceret i M1, hvilket blev foreslået at ligge til grund for forbedret motorisk funktion. M1-aktivitet påvirkes af aktiviteten i den subthalamiske kerne (STN), en struktur i de basale ganglier, via de direkte og indirekte veje. Virkningen af ​​højintensiv træning, VE eller FE, på STN-hypersynkroni hos mennesker er ukendt. Registrering af STN neural aktivitet var indtil for nylig kun mulig under DBS-kirurgi eller hos patienter, hvis elektrode blev midlertidigt eksternaliseret umiddelbart efter operationen. Ingen af ​​metoderne er gennemførlige eller sikre til systematisk at evaluere virkningerne af træning på basalgangliernes funktion. For nylig modtog Medtronic Percept DBS-platformen FDA-godkendelse. Percept-platformen registrerer og streamer neural aktivitet fra DBS-elektroden i STN. Dette projekt vil for første gang registrere neural aktivitet fra STN under to former for højintensiv træning, FE og VE, i PwPD for at identificere den potentielle mekanisme, der ligger til grund for de gavnlige virkninger af træning på PD. Vores underliggende hypotese er, at træning med høj intensitet reducerer STN-hypersynkroni, hvilket letter cortico-basal ganglia-thalamocortical kredsløbsfunktionalitet og derved forbedrer motorisk funktion efter træning.