El estudio BrainMap-DBS: Análisis de la red cerebral usando resonancia magnética de 7 tesla y magnetoencefalografía para la estimulación cerebral profunda (BRAINMAP-DBS)

La estimulación cerebral profunda para la enfermedad de Parkinson y el temblor esencial El efecto de la estimulación cerebral profunda (DBS) se basa en la modulación de las redes de cerebro motor disfuncional.1,2 En promedio, se logra una mejora motor del 50%, utilizando evaluaciones motoras estandarizadas. Sin embargo, aproximadamente el 20% de los pacientes muestra un beneficio insuficiente, con menos del 30% de mejora.3,4 Para mejorar estos resultados, se necesita una mejor colocación de electrodos y selección de la programación de parámetros eléctricos de DBS.5 Esto requiere una visualización más avanzada de las intrincadas redes de motor; Tanto anatómico (resonancia magnética de 7 tesla) como funcionales (meg) .11,12,13 Las implantaciones actuales de DBS se basan en los escaneos MR 1.5 o 3- Tesla. Sin embargo, la resolución de estos escaneos no es suficiente para visualizar las redes cerebrales, evitando la colocación precisa de los electrodos directamente en las partes del motor dentro del pequeño núcleo cerebral (tamaño de un grano de café). Además de la colocación del electrodo guiado por resonancia magnética de 7 Tesla, la programación se dirigirá a influir en las áreas motoras corticales, aplicando MEG, lo que resulta en una disminución general de la actividad de la red disfuncional; En lugar del modelo "de un cerebro" para todos, los DB se vuelven específicos del paciente, centrado en la propia red cerebral.

Análisis de la red cerebral utilizando la resonancia magnética 7-tesla y MEG Los protocolos de MRI y meg 7-Tesla ya desarrollados por nuestro grupo e informados en (cinco) estudios se aplicarán.6,7,8,9,10 En estos estudios mostramos una visualización no divulgada de redes cerebrales que utilizan MRI de 7 Tesla y MEG en pacientes con enfermedad de Parkinson que se sometieron a DBS, y el potencial para aumentar la mejora en el funcionamiento motor en al menos un 10%. El análisis de la red de resonancia magnética de 7 Tesla, generado mediante la combinación de T2 y MRI ponderada por difusión, muestra las subdivisiones (coloreadas) del núcleo cerebral y las proyecciones corticales asociadas. El análisis de la red MEG, generado a partir de las grabaciones de MEG, muestra qué regiones corticales se ven afectadas (aumento o disminución de la actividad, lo que resulta en diferentes colores) para cada uno de los cuatro contactos de electrodos individuales. La coinscripción de la red de resonancia magnética 7-Tesla, la red MEG y la tomografía computarizada se realizarán para una localización precisa de electrodos. El resultado mostrará en qué subdivisión se encuentra el contacto del electrodo DBS (colocación), a qué área cortical se proyecta la subdivisión y qué patrones y cambios de actividad se inducen en las áreas corticales (activación) .16 Los puntajes de las pruebas clínicas del contacto del electrodo se correlacionarán (análisis de regresión) con el análisis de la red. Dado que todo el análisis de la red se visualizará integrado en MRI, son posibles análisis individuales y análisis grupales (coinscripción de redes de múltiples pacientes), así como la aplicación para el autoencoder variable. La ubicación y la programación de DBS basadas en el análisis de redes de redes MRI de 7 tesla y MEG se utilizarán para optimizar el resultado de efectos clínicos beneficiosos (supresión de temblor, bradicinesia, rigidez) con efectos secundarios minimizantes (apatía, habla) .15

Para cada paciente, la grabación total de MEG tomará 55 minutos. Se realizarán nueve períodos cortos de estimulación unilateral con uno de los ocho contactos de electrodos individuales, y uno de registro durante DBS OFF en una secuencia aleatoria. El efecto de los DB en la función motora (temblor, bradicinesia, rigidez, habla) suele ser inmediato y el tiempo de evaluación es corto (minutos). La configuración de DBS se puede ajustar temporalmente durante las grabaciones de MEG junto con la evaluación clínica.

Al finalizar este proceso para los ocho contactos del electrodo, se realiza el análisis de red y mostrará el control de electrodo DBS (izquierda y derecha) que (únicamente) modula la red del cerebro del motor. Cuando el control de electrodo (programa DBS) que el paciente tenía antes de la inscripción difiere del nuevo 'programa guiado de red de cerebro' según lo determinado por el análisis de red, este nuevo programa se agrega al sistema DBS. En el nuevo programa, los márgenes para ajustar la amplitud de estimulación se configuran para ajustes posteriores. El programa que el paciente tenía antes de la inscripción en el estudio se mantiene como uno de los programas en el dispositivo, que puede ser utilizado como una 'opción de escape' por el paciente si las configuraciones recién programadas tienen un peor efecto clínico. Después de tres meses de DBS guiadas por la red, las evaluaciones estandarizadas de las habilidades motoras (UPDRS-III, Tetras) se realizarán como parte de la atención clínica estándar.

Este proyecto se estableció en estrecha colaboración con cinco pacientes con DBS (investigadores de pacientes). Identificaron recuperar la independencia como el efecto más importante de los DB. Citaron el posible impacto adverso en la cognición y el estado de ánimo (memoria, habla, apatía) por DBS como su principal preocupación. Las preocupaciones discutidas se incorporaron directamente al proyecto.

Solo unos pocos centros en todo el mundo tienen una resonancia magnética de 7 tesla y una exploración MEG y, por lo tanto, haremos que este conocimiento esté disponible a través de una base de datos de acceso abierto. Aplicaremos los análisis de la red en el autoencoder variable (algoritmo de aprendizaje automático, un tipo de inteligencia artificial) para generar modelos de predicción con la ayuda del Departamento de Ingeniería y Física Biomédica (Amsterdam UMC) .14 La aplicación de aprendizaje automático a grandes cantidades de escaneos de alta resolución permite que la generación de modelos de red (Connectomes) indique la ubicación y programación más óptimas para el electrodo DBS; directamente aplicable para todos los grupos DBS.

Viabilidad Cada paciente sometido a DBS en el Amsterdam UMC se somete a una resonancia magnética preoperatoria de 7-Tesla como parte de la atención estándar. En los 450 tesla MR-Scans que hemos realizado hasta la fecha, rara vez encontramos implantes no compatibles o claustrofobia severa. Cada paciente se somete a un examen con un cuestionario de seguridad de resonancia magnética y un detector de metales de resonancia magnética (evitando llevar materiales ferromagnéticos en la resonancia magnética). La resonancia magnética 7-Tesla es una técnica no invasiva que no causa dolor y, lo que es más importante, los campos electromagnéticos no producen daño tisular conocido de ningún tipo. El sistema MR puede hacer ruidosos, golpes u otros ruidos a veces durante el procedimiento. Se proporcionan tapones para los oídos para evitar problemas que pueden estar asociados con el ruido generado por el escáner. En todo momento, el paciente será monitoreado (visualmente) y podrá comunicarse con el tecnólogo de resonancia magnética de 7 Tesla utilizando un sistema de intercomunicador. El paciente puede (solicitar) detener la adquisición en cualquier momento utilizando el botón Push (manteniendo el paciente continuamente).

Las grabaciones de MEG no son invasivas, sin dolor y tienen riesgos insignificantes. Según la literatura y nuestra propia experiencia en 40 pacientes, las grabaciones de MEG durante DBS son un procedimiento seguro. Los participantes harán un viaje adicional al Centro MEG ubicado en la ubicación VUMC. Cambiar la configuración de DBS dentro de los límites establecidos en el pasaporte individual de DBS de los participantes es un procedimiento sin riesgos. Como los participantes están en posición supina en una cama cómoda durante las grabaciones de MEG, no esperamos que experimenten síntomas motores inaceptables.

Por primera vez, 7-Tesla MRI y el análisis de la red MEG se combinarán de manera prospectiva a gran escala; Introducción de la colocación y programación de electrodos DBS de red específica del paciente.