Personalisierte Echtzeit-DBS- und PD-Mechanismen

Während viel Forschung dem Verständnis der Pathophysiologie der Parkinson-Krankheit (PD) gewidmet wurde, bleibt die neuronale Dynamik, die der Manifestation motorischer Zeichen zugrunde liegt, unklar. Studien der letzten zwei Jahrzehnte haben eine Korrelation zwischen der Amplitude und Häufigkeit von Betaband-Oszillationen im Nucleus subthalamicus (STN) und im inneren Segment des Globus pallidus (GPi) mit Veränderungen der Bradykinesie und Steifheit gezeigt, die durch Levodopa oder tiefe Hirnstimulation vermittelt werden ( DBS-Therapien. Dennoch hat keine Studie einen Kausalzusammenhang schlüssig oder deduktiv nachgewiesen. Eine Einschränkung bei der Feststellung der Kausalität ist das Fehlen verfügbarer Neuromodulationswerkzeuge, mit denen die neuronale Oszillationsaktivität im menschlichen Gehirn vorhersehbar und präzise in Echtzeit gesteuert werden kann, ohne dass Störfaktoren eingeführt werden. Die Etablierung dieser Tools und die Klärung, ob der Zusammenhang zwischen Betaband-Oszillationen und motorischen Anzeichen der Parkinson-Krankheit kausal oder epiphänomenal ist, sind entscheidende Schritte, um die Pathophysiologie der Parkinson-Krankheit besser zu verstehen und die personalisierte DBS-Technologie bei Parkinson und anderen Hirnerkrankungen voranzutreiben. Diese Studie zielt darauf ab, diese Technologie- und Wissenslücken durch den Einsatz von Feedback-Control-Engineering und patientenspezifischen Computermodellierungstools zu schließen.

In dieser Studie werden die Forscher einen neuronalen Kontrollansatz anwenden, der als evozierte Interferenz-Closed-Loop-DBS (eiDBS) bezeichnet wird, um den Grad zu charakterisieren, in dem die kontrollierte Unterdrückung oder Verstärkung von Beta-Oszillationen im STN und GPi die Bradykinesie und Rigidität bei PD beeinflusst (Spezifisches Ziel 1, SA1). Die Forscher werden die Hypothese testen, dass eine stimulationsinduzierte Unterdrückung oder Verstärkung von Beta-Oszillationen im STN oder GPi zu Veränderungen der Bradykinesie- und Rigiditätsmessungen führt. In SA2 werden die Forscher Levodopa-Medikamente einsetzen, um zu charakterisieren, wie Veränderungen der Bradykinesie und Rigidität mit Variationen in der Amplitude neuronaler Schwingungen im STN, GPi und im primären motorischen Kortex (MC) zusammenhängen, die durch STN- und GPi-Stimulation hervorgerufen werden. Die Forscher werden die Hypothese testen, dass die Verabreichung von Levodopa zu einer Abnahme der Amplitude der durch Stimulation hervorgerufenen Beta-Oszillationen führt, die mit Veränderungen der Bradykinesie und der Steifheit korrelieren. Die Ergebnisse von SA2 werden dazu beitragen, ein besseres Verständnis der intrinsischen Schaltkreisdynamik im Zusammenhang mit der Parkinson-Krankheit zu erlangen und Strategien zur Optimierung von DBS-Algorithmen mit geschlossenem Regelkreis (z. B. eiDBS) angesichts der gleichzeitigen Levodopa-Therapie zu identifizieren, ein Schritt, um diese Technologie in die zukünftige klinische Anwendung zu bringen Versuche. Durch die Kombination elektrophysiologischer Daten mit hochauflösender (7T) Magnetresonanztomographie (MR) und Computermodellierung werden die Forscher untersuchen, welche spezifischen neuronalen Bahnen, die mit dem STN und dem GPi verbunden sind, aktiviert werden müssen, um frequenzspezifische neuronale Reaktionen im STN und GPi hervorzurufen und MC (SA3). Die Daten von SA3 werden Aufschluss darüber geben, welche Unterschaltkreise an der Erzeugung von durch Stimulation hervorgerufenen und spontanen Beta-Oszillationen bei PD beteiligt sind, und Aufschluss darüber geben, wie gerichtete DBS-Leitungen verwendet werden können, um elektrische Felder im STN und GPi zu formen, um das STN selektiv zu modulieren oder GPi über eiDBS oder andere Neurostimulationstechniken. Die Forscher werden die drei Ziele dieser Studie unter Beteiligung von PD-Patienten angehen, denen DBS-Leitungen im STN oder GPi implantiert wurden, deren DBS-Leitungsverlängerungen externalisiert und mit unserer Aufzeichnungs- und Closed-Loop-Stimulationsinfrastruktur verbunden werden.