Personlige DBS- og PD-mekanismer i realtid

Mens meget forskning har været dedikeret til at forstå patofysiologien af ​​Parkinsons sygdom (PD), er den neurale dynamik, der ligger til grund for manifestationen af ​​motoriske tegn, stadig uklar. Undersøgelser i løbet af de sidste to årtier har vist en sammenhæng mellem amplituden og forekomsten af ​​beta-båndoscillationer i den subthalamiske kerne (STN) og det indre segment af globus pallidus (GPi) med ændringer i bradykinesi og stivhed medieret af levodopa eller dyb hjernestimulering ( DBS) terapier. Alligevel har ingen undersøgelse endegyldigt eller deduktivt påvist en årsagssammenhæng. En begrænsning for at etablere kausalitet er manglen på tilgængelige neuromodulationsværktøjer, der er i stand til forudsigeligt og præcist at kontrollere neurale oscillerende aktivitet i den menneskelige hjerne i realtid uden at introducere forvirrende faktorer. Etablering af disse værktøjer og afklaring af, om forholdet mellem betabåndsoscillationer og PD motoriske tegn er kausalt eller epifænomen, er kritiske skridt til bedre at forstå PD patofysiologi og fremme personlig DBS-teknologi i PD og andre hjernetilstande. Denne undersøgelse har til formål at adressere disse teknologi- og videnshuller ved at udnytte feedbackkontrolteknik og patientspecifikke beregningsmodelleringsværktøjer.

I denne undersøgelse vil efterforskerne anvende en neural kontroltilgang, kaldet fremkaldt interferens closed-loop DBS (eiDBS), for at karakterisere graden, hvormed kontrolleret undertrykkelse eller forstærkning af beta-oscillationer i STN og GPi påvirker bradykinesi og rigiditet i PD (Specifikt mål 1, SA1). Forskerne vil teste hypotesen om, at stimulationsinduceret undertrykkelse eller forstærkning af beta-oscillationer i STN eller GPi vil resultere i ændringer i bradykinesi og rigiditetsmål. I SA2 vil efterforskerne anvende levodopa-medicin til at karakterisere, hvordan ændringer i bradykinesi og rigiditet relaterer sig til variationer i amplituden af ​​neurale oscillationer i STN, GPi og primær motorisk cortex (MC) fremkaldt af STN og GPi stimulering. Forskerne vil teste hypotesen om, at administration af levodopa vil resultere i et fald i amplituden af ​​stimuleringsfremkaldte beta-oscillationer, som vil korrelere med ændringer i bradykinesi og stivhed. Resultaterne fra SA2 vil hjælpe med at opnå en større forståelse af den iboende kredsløbsdynamik forbundet med PD og identificere strategier til at optimere lukket sløjfe DBS-algoritmer (f.eks. eiDBS) i lyset af samtidig levodopa-terapi, et skridt til at bringe denne teknologi til fremtidige kliniske forsøg. Ved at kombinere elektrofysiologiske data med højopløsnings (7T) magnetisk resonans (MR) billeddannelse og beregningsmodellering vil efterforskerne undersøge, hvilke specifikke neuronale veje forbundet med STN og GPi skal aktiveres for at fremkalde frekvensspecifikke neurale responser i STN, GPi og MC (SA3). Dataene fra SA3 vil kaste lys over, hvilke underkredsløb der er involveret i genereringen af ​​stimulationsfremkaldte og spontane beta-oscillationer i PD, og ​​informere om, hvordan man bruger retningsbestemte DBS-ledninger til at forme elektriske felter i STN og GPi til selektivt at modulere STN. eller GPi via eiDBS eller andre neurostimuleringsteknikker. Efterforskerne vil adressere de tre formål med denne undersøgelse med deltagelse af PD-patienter implanteret med DBS-ledninger i STN eller GPi, hvis DBS-ledningsforlængelser vil blive eksternaliseret og forbundet til vores optagelses- og lukket-loop-stimuleringsinfrastruktur.