Untersuchung von inhibitorischen Kontrollnetzwerken bei der Parkinson-Krankheit

Bewegungsstörungen sind weltweit eine der Hauptursachen für Behinderungen. In den Vereinigten Staaten leiden schätzungsweise mehr als 4 Millionen Menschen an der Parkinson-Krankheit (PD), essentiellem Tremor (ET) und Dystonie, einigen der am weitesten verbreiteten neurologischen Störungen. Von diesen ist PD die häufigste und ist hauptsächlich durch Tremor, Starrheit und Bradykinesie gekennzeichnet. Viele Patienten haben jedoch auch herausragende nicht-motorische Merkmale, einschließlich Depressionen und kognitive Beeinträchtigungen, mit Mängeln in der Verarbeitungsgeschwindigkeit, im Gedächtnis, in der Aufmerksamkeit und im Lernen. Eine der am stärksten schwächenden kognitiven Mängel ist die Reaktionshemmung (RI) oder die Unfähigkeit, eine gewohnheitsmäßige Handlung zu unterdrücken. PD-Patienten haben erhebliche Schwierigkeiten mit RI und berichten von ihrem erheblichen Beitrag zur Einschränkung ihrer Lebensqualität. Während einige Studien zeigen, dass Dopamin diesen Aspekt der kognitiven Funktion verbessern kann, bleiben viele Patienten erheblich beeinträchtigt.

RI manifestiert sich klinisch auf viele verschiedene und wichtige Arten, mit reduzierter geistiger Flexibilität, Aufgabenwechsel und Konzentration. RI kann auch zu motorischen Beeinträchtigungen beitragen, mit Gangstörungen, Stürzen und Einfrieren des Gangs. Leider sind diese Merkmale von PD und RI weniger gut untersucht und es fehlen wirksame Behandlungsoptionen, was die Erforschung neuer Behandlungen erforderlich macht. Die Tiefenhirnstimulation (THS) ist zwar eine hochwirksame Behandlung für motorische Manifestationen, aber im Wesentlichen unwirksam für die Kognition und kann sie sogar verschlechtern, wobei derzeit nur wenige Studien untersuchen, wie verschiedene Parameter NMS verbessern können. In dem Bemühen, diese schwächenden Merkmale von PD anzugehen, schlagen die Forscher vor, RI bei Patienten mit Bewegungsstörungen zu untersuchen und Bewegung und Kognition mit der zugrunde liegenden neuralen Elektrophysiologie vor und während Aufgaben der Bewegungs- und Reaktionshemmung zu korrelieren.

Bei routinemäßigen DBS-Operationen wird die Stimulationselektrode mit Hilfe von intraoperativen Aufzeichnungen im Wachzustand implantiert. Diese Routineaufzeichnungen ermöglichen es Neurologen und Neurochirurgen, die neuronale Aktivität im Gehirn direkt zu beobachten und charakteristische Muster zu identifizieren, um anatomische Strukturen abzugrenzen. Sobald die DBS-Elektrode platziert ist, wird sie mit Stimulationsparametern getestet, von denen bekannt ist, dass sie klinisch wirksam bei motorischer Beeinträchtigung sind. Dies ermöglicht ein akutes, intraoperatives Testen auf therapeutischen Nutzen und Nebenwirkungen und gibt Aufschluss darüber, wie ein Patient auf die Therapie ansprechen wird, sobald die kraniale Elektrode an die Batterie angeschlossen und eingeschaltet ist.

Zusätzlich zu dieser routinemäßigen Aufzeichnung und Stimulation bietet diese Umgebung auch eine einzigartige Gelegenheit, die neurale Elektrophysiologie mit minimal erhöhtem Risiko zu studieren. Durch die Messung der Gehirnaktivität in den äußeren Schichten (Kortex) sowie von der DBS-Elektrode selbst, während Patienten verschiedene Aufgaben ausführen, ist es möglich, die Verhaltensfunktion und die neurale Aktivität zu korrelieren. Unser Zentrum und mehrere andere verfügen bereits über Forschungsparadigmen, um diese Ziele zu erreichen, indem vor der Platzierung der DBS-Leitung eine subdurale Streifenelektrode über der Kortikalis platziert wird. Diese Streifenelektroden liegen entlang der Oberfläche des Gehirns und werden in der Vergangenheit seit mehreren Jahrzehnten verwendet, um eine Anfallskartierung durchzuführen, typischerweise als eine Anordnung von Elektroden, die über ein Bohrloch platziert werden. Ihre Verwendung wurde erst vor kurzem zur Untersuchung neuronaler Schaltkreise während DBS-Operationen implementiert, ihre Sicherheit in diesem speziellen Umfeld ist jedoch inzwischen gut etabliert, und ihre vorübergehende Platzierung wird derzeit in ähnlichen Studien an dieser Einrichtung durchgeführt. Obwohl frühere Studien diese Streifen über präfrontalen Bereichen platziert haben, konzentriert sich die überwiegende Mehrheit der Forschung in diesem Bereich auf motorische Schaltkreise, wobei die Platzierung über dem sensomotorischen Kortex erfolgt. Um NMS zu untersuchen, werden Streifen über dem präfrontalen Kortex platziert, wobei Aufzeichnungen während verschiedener motorischer und kognitiver Aufgaben und während verschiedener Stimulationsmuster gemacht werden.