Auswirkungen von STN DBS auf Kognition und Gehirnnetzwerke bei PD-Patienten, analysiert auf Basis von EEG und fNIRS

In den letzten Jahren hat sich die tiefe elektrische Hirnstimulation (DBS) zu einer primären Behandlungsmethode zur Verbesserung der klinischen Symptome bei Patienten mit Parkinson-Krankheit (PD) entwickelt, bei denen eine überwiegend motorische Verlangsamung nach schwachen Arzneimittelwirkungen herkömmlicher medikamentöser Therapiemedikamente oder nach dem Fortschreiten der Krankheit auftritt. Frühere Studien waren jedoch umstritten bei der Untersuchung, ob DBS-STN die kognitive Funktion bei Patienten mit Parkinson fördert oder beeinträchtigt. Frühere Studien haben gezeigt, dass DBS die exekutive Funktion bei Patienten mit IPS beeinträchtigen kann und dass bestimmte Gehirnregionen eng mit der exekutiven Funktion verbunden sind. In dieser Studie nutzten die Forscher die elektroenzephalographisch-funktionale Nahinfrarotspektroskopie (EEG-fNIRS), um die Netzwerkkonnektivität des Gehirns bei Probanden zu ermitteln und den möglichen Zusammenhang zwischen exekutiver Funktion und Netzwerkkonnektivität des Gehirns bei Patienten mit Parkinson-Krankheit zu untersuchen. Untersuchung der möglichen Netzwerkkonnektivität des Gehirns, die sich auf die Ausführung bei DBS-STN auswirkt, und Vorhersage der postoperativen Exekutivfunktion bei PD-Patienten bei DBS.

Unter den einzelnen beeinträchtigten kognitiven Bereichen ist die Beeinträchtigung der exekutiven Funktion am häufigsten und macht mehr als 70 % der Fälle aus. Beeinträchtigungen der Aufmerksamkeit, des Arbeitsgedächtnisses und der visuellen räumlichen Fähigkeiten kommen ebenfalls häufiger vor. Eine beeinträchtigte exekutive Funktion ist die charakteristischste kognitive Beeinträchtigung bei PD-Patienten, die mit der Störung der Integrität der Frontal-Striatal-Schleifen zusammenhängt, die ein breites Spektrum funktioneller Gehirnregionen wie Frontallappen, Parietallappen, Gyrus cinguli und Thalamus, Substantia nigra usw. und manifestieren sich klinisch in einer Beeinträchtigung der kognitiven Flexibilität, Planung, Konzeptbildung, des Arbeitsgedächtnisses und der Lernfähigkeit. Eine Funktionsstörung der Exekutive kann das Sozialverhalten von Patienten ernsthaft beeinträchtigen, insbesondere bei der Ausführung komplexerer Aufgaben, die die Integration mehrerer Schritte in einer bestimmten Reihenfolge erfordern.

Frühere Studien haben gezeigt, dass die Netzwerkkonnektivität des Gehirns in bestimmten Gehirnregionen eng mit der kognitiven Funktion zusammenhängt. Beispielsweise gab es viele klinische Studien, die auf funktionellen MRT-Blutoxygenierungssignalen basierten, aber aufgrund der geringen Immunität gegenüber elektromagnetischen Störungen Patienten mit implantierten Elektroden Um das MRT durchführen zu können, muss die DBS ausgeschaltet sein. Aufgrund der geringen antimotorischen Interferenz können im DBS-off-Zustand für die funktionelle MRT nur einige motorische Bilder und einfache Fingerbewegungen erfasst werden, und die funktionelle MRT war aufgrund ihrer geringen zeitlichen Auflösung und ihrer Unfähigkeit ein wichtiges Problem, das die kognitive neurowissenschaftliche Forschung einschränkte um die Veränderungen der kortikalen Blutsauerstoffsignale im Gehirn im Aufgabenparadigma in Echtzeit zu überwachen.

Daher ist in dieser Studie die Konzeption einer multizentrischen, prospektiven, randomisierten, parallel kontrollierten äquipotenten klinischen Studie geplant, die auf innovative Weise Elektroenzephalographie (EEG) mit hoher zeitlicher Auflösung und funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) mit hoher räumlicher Auflösung zur Überwachung der kortikalen Sauerstoffversorgung kombiniert Signale in Echtzeit, so dass die elektrophysiologischen Signale des Gehirns und die Blutsauerstoffversorgung während eines Tests der exekutiven Funktion (Stroop/TMT) in Echtzeit erfasst werden können. Die Messung und Bewertung der kognitiven Funktion in Echtzeit erfolgt durch die synchrone Erfassung elektrophysiologischer und sauerstoffbezogener Signaländerungen im Gehirn, während der Patient den Exekutivfunktionstest (Stroop/TMT) durchführt, und die Erfassung von EEG-fNIRS-Gehirnnetzwerkdaten in Echtzeit während der Exekutivfunktion Der Test war schon immer ein übergeordnetes Gebiet der kognitiven Funktionsforschung. Die vorliegende Studie untersuchte die Mechanismen der Beeinträchtigung der Exekutivfunktion bei PD-Patienten und ob DBS-STN die Gehirnnetzwerkmechanismen der Exekutivfunktion beeinflusst. Ziel ist es, (1) die kognitive Funktion und mögliche Trends in der kognitiven Funktion bei PD-Patienten mithilfe der EEG-fNIRS-Technik zu quantifizieren, (2) zu erklären, ob es Unterschiede in der Exekutivfunktion auf der Ebene der funktionellen Netzwerkkonnektivität des Gehirns zwischen chirurgischen und konservativen Behandlungen gibt ob es Interaktionseffekte der Unterschiede mit der Behandlungsdauer und der Behandlungsmodalität gibt sowie deren einfache Auswirkungen zu analysieren, (3) künstliche Störfaktoren kurzfristiger Lerneffekte zu minimieren und Tester, die mit früheren neurokognitiven Psychoverhaltenstests vertraut sind, (4 ) Untersuchung des Mechanismus von DBS auf die Veränderungen kortikaler Gehirnnetzwerke bei Parkinson-Patienten, um die Beeinträchtigung kognitiver Funktionen durch chirurgische Eingriffe zu vermeiden oder zu reduzieren und um eine theoretische Grundlage für die Behandlung personalisierter chirurgischer Pläne bereitzustellen.

In dieser Studie planten die Forscher, eine multizentrische, prospektive, randomisierte, parallel kontrollierte klinische Studie zu entwerfen. Insgesamt 80 Patienten wurden nach dem Zufallsprinzip der DBS-STN-Gruppe zugeordnet. Die DBS-Behandlungsgruppe und die Nicht-DBS-Behandlungsgruppe führten routinemäßig DBS-on einen Monat nach der Operation durch. Die routinemäßige konservative Behandlung mit oralen Medikamenten und die Daten zur Gehirnfunktion der Patienten wurden durch die simultane bimodale EEG-fNIRS-Technik in Kombination mit kognitiven Tests (Stroop/TMT) zu Studienbeginn, 1 Monat nach DBS (DBS-on) und zu Beginn der Studie erfasst 6 Monate bzw. 12 Monate nach DBS.