Beeinträchtigungen der neuromuskulären Kommunikation bei Motoneuronerkrankungen: Ein Biomarker für eine frühe und personalisierte Diagnose (MotorMarker)

Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) oder Motoneuronerkrankung (MND) ist eine terminale neurodegenerative Erkrankung, die zu einem fortschreitenden Verlust der motorischen Funktion führt. Die Behandlung der ALS bleibt eine ungelöste Herausforderung und trotz intensiver Forschung sind Diagnose und Therapie noch nicht ausreichend personalisiert . Neue Therapeutika und die Qualität der Versorgung nach der Diagnose können durch eine frühzeitige Diagnose auf individueller Patientenebene verbessert werden, was eine maßgeschneiderte Versorgung und individualisierte Behandlung ermöglicht.

Um die Diagnose zu personalisieren, werden zuverlässige quantitative Biomarker benötigt, um den Ausbruch der Krankheit frühzeitig zu erkennen und die verschiedenen Subtypen der Krankheit zu unterscheiden. Insbesondere wurden mehrere Biomarker für die Verwendung bei ALS untersucht, darunter Motor Unit Number Estimation (MUNE), Motor Unit Number Index (MUNIX), Kortikale Erregbarkeit bei der transkraniellen Magnetstimulation (TMS), EMG Intermuskuläre Kohärenz, Magnetresonanz (MR) und andere bildgebende Verfahren und EEG-Signaturen. Der diagnostische Nutzen dieser Techniken, insbesondere der kostengünstigen nicht-invasiven Aufzeichnungen der elektrischen Muskelaktivität – bipolare oder hochdichte Oberflächen-Elektromyographie (sEMG) und der elektrischen Gehirnaktivität – Oberflächen-Elektroenzephalographie (sEEG) – ist jedoch begrenzt: die Biomarker sind es nicht stark mit den bei ALS betroffenen neurophysiologischen Mechanismen verbunden.

Das menschliche Motorsystem umfasst 2 Subsysteme: Das α-Motorsystem innerviert direkt die Motoneuronen und spinalen Interneuronen und das γ-System, das die Sensoren der Feedback-Reflexschleifen der Muskeln moduliert, um indirekt zur Muskelaktivierung beizutragen. Diese 2 Systeme bilden ein neuromuskuläres Kommunikations- und Kontrollnetzwerk, durch das neuronale Signale zu und von den Muskeln für eine koordinierte Bewegung kommuniziert werden. Bei ALS kommt es zu einer Funktionsstörung sowohl der oberen als auch der unteren Motoneuronen. In den unteren Motoneuronen beginnt die Degeneration des α-motorischen Systems vor dem γ-System, wodurch sich der relative Beitrag des α- und γ-Systems ändert, was die Muster der neuromuskulären Kommunikation bei Bewegungen verzerrt. Es ist daher von Interesse, die elektrophysiologischen Signaturen zu unterscheiden und zu dissoziieren, die sensomotorische Netzwerkkommunikationsmuster widerspiegeln, die sich auf jedes Subsystem in Funktion und Dysfunktion beziehen, die wiederum als Biomarker fungieren können. In bestimmten Untergruppen von ALS, d.h. Primäre Lateralsklerose (PLS) und Progressive Muskelatrophie (PMA) – es gibt eine selektive Degeneration der oberen bzw. unteren Motoneuronen. Daher sind spezifischere Änderungen in den Netzwerkkommunikationsmustern zu erwarten.

Um die kybernetischen Eigenschaften (Kommunikation, Kontrolle und Informationsübertragung) zu analysieren, müssen elektrophysiologische Signale von mehreren Punkten des neuromuskulären Systems als miteinander verbundenes Netzwerk analysiert werden. Dies kann durch gemeinsame Aufzeichnung und erweiterte Analyse der Kovariabilität von Mustern im EMG/EEG erreicht werden, z. (gerichtete) kortiko-muskuläre Kohärenz und gerichtete Netzwerkeinflüsse während funktioneller motorischer Aufgaben. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass neuromuskuläre Kommunikationsmessungen, die sowohl auf EEG als auch auf EMG (Indikatoren für pathophysiologische Veränderungen, gemessen als Netzwerk) basieren, den Beginn und die Subtypen von ALS besser widerspiegeln als Messungen, die entweder isoliert auf EEG oder EMG basieren (Indikatoren für strukturelle Veränderungen, gemessen an Knoten). .

Eine erfolgreiche Unterscheidung der elektrophysiologischen Signaturen kann zur Diagnose von ALS verwendet werden, was auch im Hinblick auf eine bessere Patientenversorgung und die Entwicklung einer neuartigen neuromotorischen Rehabilitation nützlich sein kann.