Aufzeichnung und Modulation der Gehirnaktivität durch chronisch implantierte Stimulationselektroden (PDNeuroGAIT)

Dieses Projekt versucht, die neuesten technologischen Innovationen zur chronischen Überwachung und Modulation von motorischen und neuralen Zuständen zu nutzen, um Gangdefizite bei Parkinson umfassend zu charakterisieren und die Verbesserungen zu verdeutlichen, die durch variierende DBS-Parameter eingeleitet werden.

Die resultierenden Beobachtungen werden ein rigoroses Verständnis schaffen, das neue Wege für die Entwicklung evidenzbasierter, klinisch relevanter THS-Strategien für Bewegungsdefizite eröffnen wird.

Fortschritte bei der Verwendung neuraler Implantate für die elektrische Neuromodulation tiefer Hirnstrukturen eröffnen die einzigartige Gelegenheit, die Funktion dysfunktionaler Schaltkreise bei Patienten zu untersuchen, die an einer Vielzahl von neurologischen Störungen leiden.

Bis heute haben Akutexperimente mit Implantaten zur Tiefenhirnstimulation (THS), entweder in intraoperativen Anordnungen oder kurz nach der Operation während sogenannter „Externalisierungsphasen“, unser Verständnis der neuronalen Signaturen erweitert, die verschiedenen motorischen und nicht motorischen Symptomen und half bei der Optimierung therapeutischer Parameter, um solche Beeinträchtigungen besser anzugehen.

Zum Beispiel wurden DBS-Therapien bei der Parkinson-Krankheit (PD) in den letzten Jahrzehnten auf der Grundlage von Experimenten verfeinert, die synergistisch (i) Messwerte der Bewegungsleistung als Reaktion auf sich ändernde Stimulationsparameter untersuchten und aufdeckten, (ii) den zugrunde liegenden neuralen Biomar identifizierten -kers aus Aufzeichnungen lokaler Feldpotentiale und sogar (iii) getestete Closed-Loop-Strategien, die in der Lage sind, sich in Echtzeit an laufende patientenspezifische Anforderungen anzupassen.

Diese Fortschritte wurden hauptsächlich auf die Verbesserung motorischer Zeichen der oberen Extremität wie Tremor, Bradykinesie oder Steifigkeit angewendet (und waren erfolgreich), die schnelle dynamische Reaktionen auf Änderungen der Neuromodulation (im Minutenbereich) aufweisen und dies sein können im Rahmen einfacher motorischer Aufgaben unter Verwendung gefesselter Technologien untersucht, während Patienten sicher sitzen oder liegen. Diese Bedingungen haben es ermöglicht, Parameter basierend auf einfachen, leicht messbaren Messwerten der motorischen Dysfunktion zu optimieren, abzustimmen und zu optimieren und neuronale Signale mit minimalen bewegungsbezogenen Artefakten aufzuzeichnen.

Leider gelten diese einfachen experimentellen Bedingungen nicht für die Untersuchung axialer motorischer Zeichen wie Fortbewegung:

• Erstens sind Gangdefizite vielschichtig und hochdimensional: Beeinträchtigungen beschränken sich nicht nur auf die Beinbewegungen, sondern wirken sich auch kritisch auf die Koordination der unteren und oberen Extremitäten, Rumpf- und Beckenschwingungen, Körperhaltung und Gleichgewicht aus. Ihre Charakterisierung erfordert daher multimodale Sensortechnologien und Analysemethoden, die in der Lage sind, all diese Aspekte gleichzeitig zu erfassen.
• Zweitens ist die Entstehung wesentlicher Defizite (z. Einfrieren des Gangs) erfordert körperlich anstrengendere und potenziell riskante Verhaltensaufgaben, die oft mehrfaches Vor- und Zurückschreiten über längere Distanzen oder in Umgebungen beinhalten, die alltäglichen Aktivitäten ähneln. Die Patienten müssen sich daher in einem stabilen Gesundheitszustand befinden, und die Technologien müssen es ermöglichen, motorische und neuronale Zustände drahtlos aufzuzeichnen.
• Schließlich hat die Modulation neuronaler Schaltkreise, die den Gang steuern, eine erheblich langsamere Dynamik als Reaktion auf Änderungen des DBS (bis zu mehreren Stunden10) als diejenigen, die die Funktion der oberen Extremitäten steuern, was dazu führt, dass Überwachungs- und Abstimmungsprotokolle zeitlich gestreckt werden, um solche Änderungen angemessen zu erfassen.

Diese Anforderungen unterstreichen kritisch die Notwendigkeit, neuartige Therapien für Gangdefizite im chronischen Zustand zu untersuchen und zu entwickeln, wobei multimodale Technologien verwendet werden, die gleichzeitig neuronale und motorische Zustände aus der Ferne, in Echtzeit und über lange Zeiträume aufzeichnen können.

Dieses Projekt versucht, die neuesten technologischen Innovationen zur chronischen Überwachung und Modulation motorischer und neuraler Zustände zu nutzen, um Gangdefizite bei PD umfassend zu charakterisieren, während Patienten eine Reihe von Aktivitäten des täglichen Lebens ausführen, und um die Verbesserungen zu verdeutlichen, die durch variierende DBS-Parameter erzielt werden .

In den vergangenen Jahren hat eine Handvoll Studien neue Stimulationsparadigmen vorgeschlagen, die darauf abzielen, die neuronalen Schaltkreise, die die Funktion der unteren Extremitäten während des Gehens steuern, besser anzusprechen11. Beispielsweise versuchten Strategien, unterschiedliche DBS-Frequenzen zu kombinieren oder zusätzliche anatomische Ziele anzuvisieren. Sie alle hoben vielversprechende, aber noch lange nicht schlüssige Ergebnisse hervor. Bisher sind die relevanten Ansätze für therapeutische Interventionen unklar und die zugrunde liegenden Mechanismen weitgehend unbekannt. Patienten leiden immer noch unter lebenslangen, einschränkenden Gangbeschwerden, die ihre tägliche Mobilität und Unabhängigkeit stark beeinträchtigen: Sie fühlen sich aufgrund des hohen Risikos sturzbedingter Verletzungen oft unsicher, wenn sie das Haus verlassen, benötigen persönliche Hilfe und sehen im Allgemeinen ihre Lebensqualität deutlich vermindert.