Die Brainmap-DBS-Studie: Gehirnnetzwerkanalyse unter Verwendung von 7-Tesla-MRT und Magnetoenzephalographie für die tiefe Hirnstimulation (BRAINMAP-DBS)

Tiefe Hirnstimulation für Parkinson -Krankheit und essentielles Zittern Die Wirkung der Tiefenhirnstimulation (DBS) basiert auf der Modulation von dysfunktionalen motorischen Gehirnnetzen.1,2 Im Durchschnitt wird eine motorische Verbesserung von 50% unter Verwendung standardisierter motorischer Bewertungen erzielt. Etwa 20% der Patienten zeigen jedoch einen unzureichenden Nutzen mit einer Verbesserung von weniger als 30 %.3,4 Um diese Ergebnisse zu verbessern, sind eine bessere Elektrodenplatzierung und Auswahl der DBS -Programmierung elektrischer Parameter erforderlich.5 Dies erfordert eine fortgeschrittenere Visualisierung der komplizierten motorischen Netzwerke. Sowohl anatomisch (7-Tesla-MRT) als auch funktional (MEG) .11,12,13 Aktuelle DBS-Implantationen basieren auf 1,5- oder 3-Tesla-MR-Scans. Die Auflösung dieser Scans reicht jedoch nicht aus, um Gehirnnetzwerke zu visualisieren und eine präzise Elektrodenplatzierung direkt an den motorischen Teilen innerhalb der kleinen (Größe einer Kaffeebohnen-) Gehirnkern zu verhindern. Zusätzlich zur 7-Tesla-MRT-geführten Elektrodenplatzierung wird die Programmierung auf die Einflussnahme der kortikalen Motorbereiche durch MEG gerichtet, was zu einer Gesamtabnahme der dysfunktionalen Netzwerkaktivität führt. Anstelle des "Ein-Gehirn" -Modells für alle wird DBS dadurch geduldigspezifisch und konzentriert sich auf das eigene Gehirnnetzwerk.

Analyse des Gehirnnetzwerks unter Verwendung von 7-Tesla-MRT und MEG Die bereits von unserer Gruppe entwickelten 7-Tesla-MRT- und MEG-Protokolle werden angewendet.6,7,8,9,10 In diesen Studien zeigten wir eine unverzichtete Visualisierung von Gehirnnetzwerken unter Verwendung von 7-Tesla-MRT und MEG bei Patienten mit Parkinson-Krankheit, die DBs unterzogen wurden, und das Potenzial zur Steigerung der Verbesserung der motorischen Funktionsweise um mindestens 10%. Die 7-Tesla-MRT-Netzwerkanalyse, die durch Kombination von T2 und Diffusionsgewichtter MRT erzeugt wird, zeigt die (farbigen) Unterteilungen des Gehirnkerns und die damit verbundenen kortikalen Projektionen. Die aus den MEG-Aufzeichnungen erzeugte MEG-Netzwerkanalyse zeigt, welche kortikalen Regionen für jedes der vier einzelnen Elektrodenkontakte betroffen sind (Erhöhung oder Abnahme der Aktivität, was zu unterschiedlichen Farben führt). Die Ko-Registrierung des 7-Tesla-MRT-Netzwerks, des MEG-Netzwerks und des CT-Scans wird zur präzisen Elektrodenlokalisierung durchgeführt. Das Ergebnis zeigt, in welcher Unterteilung der DBS-Elektrodenkontakt (Platzierung) liegt (Platzierung), in welchen kortikalen Bereich die Unterteilungsprojekte und welche Aktivitätsmuster und Änderungen in den kortikalen Bereichen induziert werden (Aktivierung) .16 Anschließend werden klinische Testergebnisse der Elektrodenkontakt mit der Netzwerkanalyse korreliert (Regressionsanalysen). Da die gesamte Netzwerkanalyse in die MRT integriert wird, sind sowohl einzelne Analysen als auch Gruppenanalysen (Ko-Registrierung von Netzwerken mehrerer Patienten) sowie die Anwendung für den variablen Autoencoder möglich. DBS-Standort und Programmierung basierend auf der 7-Tesla-MRT- und MEG-Netzwerkanalyse werden verwendet, um das Ergebnis für positive klinische Effekte (Unterdrückung von Tremor, Bradykinesie, Starrheit) mit minimierenden Nebenwirkungen (Apathie, Sprache) zu optimieren .15

Für jeden Patienten dauert die gesamte MEG -Aufnahme 55 Minuten. Neun kurze Zeiträume mit einseitiger Stimulation werden mit einem von acht einzelnen Elektrodenkontakten und einer Aufzeichnung während des DBS in einer randomisierten Reihenfolge durchgeführt. Die Wirkung von DBS auf die motorische Funktion (Tremor, Bradykinesie, Starrheit, Sprache) ist normalerweise unmittelbar und die Bewertungszeit ist kurz (Minuten). DBS -Einstellungen können während der MEG -Aufzeichnungen zusammen mit der klinischen Bewertung vorübergehend angepasst werden.

Nach Abschluss dieses Prozesses für alle acht Kontakte der Elektrode wird die Netzwerkanalyse durchgeführt und zeigt den DBS-Elektrodenkontakt (links und rechts), das (ausschließlich) das motorische Gehirnnetzwerk moduliert. Wenn sich das Elektrodenkontakt (DBS-Programm), das der Patient vor der Einschreibung hatte, vom neuen „Gehirnnetzwerk-Programm“ unterscheidet, wie durch die Netzwerkanalyse bestimmt, wird dieses neue Programm zum DBS-System hinzugefügt. Im neuen Programm werden Ränder zur Anpassung der Stimulationsamplitude für spätere Anpassungen eingerichtet. Das Programm, das der Patient vor der Einschreibung in die Studie hatte, wird als eines der Programme auf dem Gerät aufbewahrt, das vom Patienten als „Fluchtoption“ verwendet werden kann, wenn die neu programmierten Konfigurationen einen schlechteren klinischen Effekt haben. Nach dreimonatigen netzwerk geführten DBS-standardisierten Bewertungen der motorischen Fähigkeiten (UPDRS-III, TETRAS) werden im Rahmen der klinischen Standardversorgung durchgeführt.

Dieses Projekt wurde in enger Zusammenarbeit mit fünf DBS-Patienten (Patientenforscher) eingerichtet. Sie identifizierten die Wiedererlangung der Unabhängigkeit als den wichtigsten Effekt von DBS. Sie zitierten die möglichen nachteiligen Auswirkungen auf Kognition und Stimmung (Gedächtnis, Sprache, Apathie) durch DBS als Hauptanliegen. Die besprochenen Bedenken wurden direkt in das Projekt aufgenommen.

Nur wenige Zentren weltweit haben einen 7-Tesla-MRT- und MEG-Scan, und deshalb werden wir dieses Wissen über eine Datenbank mit offenem Zugriff verfügbar machen. Wir werden die Netzwerkanalysen im variablen AutoCodierer (maschinelles Lernalgorithmus, eine Art künstlicher Intelligenz) anwenden, um Vorhersagemodelle mit Hilfe der Abteilung für biomedizinische Engineering und Physik (Amsterdam UMC) zu generieren .14 Die Anwendung von maschinellem Lernen auf eine große Anzahl hochauflösender Scans ermöglicht die Erzeugung von Netzwerkmodellen (Connectomen), um den optimalsten Ort und die optimalste Programmierung für die DBS-Elektrode anzuzeigen. direkt für alle DBS -Gruppen anwendbar.

Machbarkeit Jeder Patient, der sich DBs im Amsterdam UMC unterzieht, erfährt im Rahmen der Standardversorgung einer präoperativen 7-Tesla-MRT. In den bisherigen 450 7-Tesla-MR-Scans haben wir selten nicht kompatible Implantate oder schwere Klaustrophobie gestoßen. Jeder Patient unterzieht Screening mit einem MRT -Fragebogen und einem MRT -Metalldetektor (verhindern, dass ferromagnetische Materialien in die MRT eingenommen werden). 7-Tesla-MRT ist eine nicht-invasive Technik, die keine Schmerzen verursacht, und vor allem die elektromagnetischen Felder erzeugen keine bekannten Gewebeschäden jeglicher Art. Das MR -System kann während des Verfahrens ein lautes Klopfen, Klopfen oder andere Geräusche machen. Ohrstöpsel werden bereitgestellt, um Probleme zu verhindern, die mit dem vom Scanner erzeugten Rauschen verbunden sein können. Der Patient wird zu jeder Zeit (visuell) überwacht und kann mit dem 7-Tesla-MRT-Technologen mit einem Intercom-System kommunizieren. Der Patient kann die Erfassung jederzeit mit dem Druckknopf (vom Patienten kontinuierlich abgehalten) einstellen.

MEG-Aufnahmen sind nicht-invasiv, schmerzfrei und haben vernachlässigbare Risiken. Basierend auf der Literatur und unserer eigenen Erfahrung bei 40 Patienten sind MEG -Aufzeichnungen während der DBS ein sicheres Verfahren. Die Teilnehmer machen eine zusätzliche Reise zum MEG -Zentrum am Standort VUMC. Das Ändern der DBS-Einstellungen innerhalb der im individuellen DBS-Pass der Teilnehmer angegebenen Grenzen ist ein risikofreies Verfahren. Da die Teilnehmer während der MEG -Aufzeichnungen in Rückenlage auf einem bequemen Bett sind, erwarten wir nicht, dass sie inakzeptable motorische Symptome erleben.

Zum ersten Mal werden die 7-Tesla-MRT- und MEG-Netzwerkanalyse in großem Maßstab prospektiv kombiniert. Einführung von patientenspezifischen netzwerk geführten DBS -Elektrodenplatzierung und -programmierung.