Kortikaalisen verkon modulaatio Subtalamic Nucleus DBS:llä

Tutkimusmenettelyihin kuuluvat motoriset ja kognitiiviset testit, kyselylomakkeet, HD-DOT-skannaukset ja MRI-skannaukset.

Tutkimusprotokollan tarkoitus Nämä tiedot voivat johtaa DBS:n tehokkaampaan kliiniseen optimointiin, tunnistaa mahdolliset aivokuoren kohteet vähemmän invasiivista neuromodulaatiota varten ja luoda pohjan tuleville monimutkaisemmille kokeellisille manipuloinneille, joilla määritetään kaikki STN DBS:n aiheuttamat aivokuoren verkkovasteet ylävirran polttopisteen sähköiset häiriöt, jotka paljastavat toiminnallisen verkon plastisuuden perusominaisuudet.

Perustelut tälle tutkimukselle Subtalamisen ytimen (STN DBS) syvästimulaatio aivoissa Parkinsonin taudissa (PD) voi tarjota huomattavaa motorista hyötyä, mutta voi myös tuottaa ei-toivottuja mieliala- ja kognitiivisia sivuvaikutuksia. Vaikka etujen ja sivuvaikutusten taustalla olevia hermomekanismeja ei ymmärretä hyvin, nykyiset hypoteesit keskittyvät mahdollisesti mitattavissa oleviin, mutta tällä hetkellä määrittelemättömiin vaikutuksiin alavirran aivokuoren verkostoissa. Nykyisten työkalujen rajoitukset ovat estäneet yrityksiä arvioida verkkoyhteyksiä suoraan ja dynaamisesti ihmisillä, joilla on istutettu DBS; PET:ltä puuttuu tarvittava ajallinen erottelukyky, kun taas fMRI ei ole optimaalinen eikä turvallinen potilaille, joilla on implantoitu DBS. Tässä ehdotuksessa näiden merkittävien rajoitusten voittamiseksi tutkijat soveltavat HD-DOT-menetelmiä tutkiakseen, kuinka STN DBS moduloi aivokuoren toiminnallisia verkkoja ja käyttäytymistä PD-potilailla.

Opintojen tavoitteet Ensisijainen tavoite

1. Kortikaalisten FC-poikkeavuuksien määrittäminen ennen kirurgista PD:tä fMRI:n ja HD-DOT:n avulla. Tutkijat odottavat, että PD-ryhmällä on vähentynyt verkon sisäinen FC verrattuna kontrolleihin somatomotorisissa, kuulo- ja visuaalisissa RSN:issä ja vähentynyt verkkojen välillä replikoituva Gratton et al. fMRI tarjoaa HD-DOT:n validoinnin ryhmän sisällä ja välillä aivokuoren FC:lle ja mahdollistaa myös aivokuoren ja aivokuoren/pikkuaivojen RSN:iden välisen suhteen arvioinnin.

   Toissijainen tavoite

2. STN DBS:n vaikutuksen määrittäminen aivokuoren FC:hen HD-DOT:n avulla. Sen jälkeen, kun tavoitteen 1 PD-potilaille on tehty STN DBS -leikkaus ja kliininen optimointi, potilaat skannataan HD-DOT:lla ON- ja OFF STN DBS -tiloissa kaksoissokkoutetulla ja tasapainotetulla tavalla. Tutkijat olettavat, että STN DBS muuttaa FC:tä tavoitteessa 1 epänormaaliksi tunnistettujen verkkojen sisällä ja välillä. Tutkijat vertaavat myös ennen leikkausta ja sen jälkeisiä (OFF DBS) HD-DOT-skannauksia ymmärtääkseen ajan/leikkauksen vaikutukset FC:hen.
3. Sen määrittämiseksi, kuinka STN DBS:n aiheuttama muutos kortikaalisessa FC:ssä liittyy DBS-kontaktien anatomiseen sijaintiin. Tavoitteen 2 dataan sovelletaan 3D-tilastollista kartoitusmenetelmää, jossa ohjataan useita vertailuja. Tutkijat olettavat, että STN DBS:n aiheuttamat muutokset FC:ssä liittyvät stimuloivan kontaktin sijaintiin, ja enemmän selkäkontakteja liittyy suurempiin muutoksiin somatomotorisessa FC:ssä ja enemmän vatsakontakteja, jotka liittyvät suurempaan muutokseen frontoparietaalisessa FC:ssä.
4. Sen määrittämiseksi, kuinka STN DBS:n aiheuttama muutos kortikaalisessa FC:ssä liittyy käyttäytymisen muutokseen. PD-potilaat suorittavat motorisia, kognitiivisia ja mielialatestejä ON- ja OFF STN DBS -tiloissa. Tutkijat testaavat hypoteesia, jonka mukaan motorinen vaste DBS:lle liittyy muutoksiin somatomotorisessa FC:ssä ja että kognitiivinen vaste liittyy muutoksiin frontoparietaalisessa FC:ssä.

Tutkimussuunnitelman yleiskatsaus tai suunnittelun yhteenveto MRI-, fMRI-, HD-DOT-, motoriset ja kognitiiviset mittaukset hankitaan pilottiryhmältä, PD-potilailta ja kontrolleilta. MRI/fMRI kerätään pilottiryhmästä, kontrolleista ja leikkausta edeltäneistä PD-potilaista. HD-DOT kerätään kaikista kohteista kaikkina aikoina (pilottiryhmä, kontrollit, ennen ja jälkeen leikkausta PD).

Aiheen valinta ja vetäytyminen Tutkijat käyttävät aiheen sisäistä ja ryhmien välistä tutkimussuunnitelmaa. Kohdetietojoukossamme on 60 PD-potilasta, joilla on STN DBS ja 30 ikää ja sukupuolta vastaavat kontrollit tehoarvioiden ja toteutettavuusrajoitusten perusteella. Tietyissä olosuhteissa tutkija tai NIH saattaa päättää lopettaa potilaan osallistumisen tähän tutkimukseen suunniteltua aikaisemmin. Tämä voi tapahtua ilman syytä tai siksi, että potilaan ei PI:n näkemyksen mukaan olisi turvallista jatkaa, koska hänen tilansa on huonontunut, koska potilas tuli raskaaksi, koska tutkimustutkimuksen rahoitus on päättynyt tai koska sponsori on päättänyt lopettaa tutkimuksen.

Aiheen rekrytointisuunnitelmat ja suostumusprosessi Ilmoittautumisprosessi on hyvin samanlainen jokaisessa ryhmässä. Osallistujaryhmiä on neljä: Pilot Group, Control Group, STN DBS PD Pre-OP Group, STN DBS PD Post-Op Group. Tutkimuspopulaatio koostuu: 60 STN DBS PD:stä, 30 kontrolliosallistujasta ja 10 pilottiryhmän osallistujasta

* DBS:n osallistujat voivat kuulua sekä STN DBS PD Pre-Op- että Post-OP-ryhmiin tai jompaankumpaan.

Jos tutkijoilla on odottamattomia vaikeuksia rekrytoida PD-potilaita ennen leikkausta tai pitää potilaita tutkimuksessa ennen leikkausta, tutkijat voivat värvätä lisää STN DBS -potilaita vain leikkauksen jälkeen. Jos esikirurgista MRI:tä ei ole saatavilla näille koehenkilöille, tutkijat pystyisivät silti analysoimaan HD-DOT-tietonsa muokkaamalla atlaspohjaista valomallia kohdekohtaisten herkkyysprofiilien luomiseksi. Vaikka atlaspohjaiset valomallit voivat aiheuttaa virheitä sisäisten rakenteellisten erojen vuoksi, tutkijat ovat havainneet niiden olevan <5 mm.

Satunnaistusmenetelmä ja sokeus Tietojen kerääminen tapahtuu, kun DBS-stimulaattorit ovat päällä tai pois päältä. Tilat esiintyvät tasapainoisessa järjestyksessä potilaiden välillä. DBS-potilaat ja tohtori Ushe ovat sokeita DBS-stimulaattorien tilan suhteen tiedonkeruun aikana. Koulutettu henkilöstön jäsen kytkee DBS-stimulaattorit päälle ja pois päältä vastapainojärjestelmän mukaisesti.

Riskit ja edut HD-DOT-kuvaus: HD-DOT vaatii optodien (optisten kuitujen) sijoittamisen päänahan iholle. Mittauksiin käytetyt valodiodit ovat teholtaan erittäin pieniä. Aivojen hemodynamiikan seurantaan käytettävä intensiteetti on huomattavasti pienempi kuin valon määrä, jonka aivot saisivat ulkona kävelyllä aurinkoisena päivänä, ja siksi sitä pidetään vaarattomana. Toistaiseksi vaaraa ei ole havaittu. Tärkeää on, että jos potilas tuntee olonsa epämukavaksi tai jos ilmenee hätätilanne, potilas voi vapaasti pyytää taukoa kuvantamiskorkista tai kokeen keskeyttämistä tai lopettamista. Potilaat ovat yhteydessä tutkijaan koko tutkimuksen ajan.

Todennäköinen: Vaikka lähi-infrapunakuvaukseen ei liity tunnettuja riskejä, potilaat voivat kokea väsymystä, lyhytaikaista tuki- ja liikuntaelimistön epämukavuutta (jäykkyyttä) tai tylsisyyttä, kun he pitävät päätään paikallaan pitkän aikaa ja suorittavat toistuvia tehtäviä.

Vähemmän todennäköistä: Kuvasuojusta pidetään tiukasti kiinni leukahihnalla. Joissakin tapauksissa hihna voi työntää epämiellyttävästi leukaa vasten tai tiukasti istuva korkki saattaa lämmittää potilaan pään. Jos tällaisia ​​tilanteita ilmenee, korkkia voidaan säätää uudelleen mukavuuden parantamiseksi.

Harvinainen: Vaikka se on epätodennäköistä, optodien kärjet (lähteet ja ilmaisimet) voivat painaa tai raaputtaa epämiellyttävästi päänahkaa vasten. Jos optodeista tulee yhtään kipeä, potilas voi ilmoittaa asiasta välittömästi tutkijalle, jolloin istunto keskeytetään.

MRI-kuvaus: Potilaille tehdään MRI, jos osallistujat kuuluvat vain pilottiryhmään, kontrolliryhmään tai esikirurgiseen ryhmään. On mahdollista, että kaikkia pilottiryhmän osallistujia ei skannata, koska skannattujen osallistujien määrä on rajoitettu MRI-kuvausprotokollan testaamiseen tarvittavien skannausten määrään. Täytettyä MRI-turvallisuuslomaketta tarkastelemalla päätetään, onko potilaiden turvallista tehdä magneettikuvaus. MRI käyttää voimakkaita magneettikenttiä ja heikkoja radioaaltoja. Näiden suuruus ja altistuksen kesto ovat samanlaisia ​​kuin radiologin tavanomaisessa kliinisessä MRI-käytössä. Näitä altistuksia pidetään erittäin turvallisina, eikä tällä hetkellä ole olemassa rajoituksia MRI-tutkimusten lukumäärälle, joka voi olla eliniän aikana. Tietenkin on olemassa mahdollisuus, että jokin tuntematon riski on olemassa.

Potilaat voivat tuntea olonsa epämukavaksi MRI-skannerin sisällä, jos potilaat eivät halua olla suljetuissa tiloissa ("klaustrofobia"). Toimenpiteen aikana potilaat voivat keskustella MRI-henkilökunnan kanssa kaiutinjärjestelmän kautta. Potilaat voivat pyytää henkilökuntaa lopettamaan skannauksen milloin tahansa. Tutkijat tarjoavat potilaille myös mahdollisuuden tottua magneettikuvaukseen ennen kuin skannaus suoritetaan vale- (harjoitus) MRI-skannerissamme.

Magneettikuvauslaite tuottaa kovaa iskuääniä, joka on aiheuttanut kuulon heikkenemistä hyvin pienelle määrälle potilaita. Potilaille annetaan korvatulppia tämän riskin vähentämiseksi.

On olemassa palovammojen vaara, jotka voivat olla vakavia.

Jos potilaalla on kohtuun sijoitettu laite, kuten sydämentahdistin, luulaitteisto tai laite, voi olla lisäriskejä. Tutkijat tarkistavat, mitä laitteita potilailla voi olla, ja tiedottavat henkilökunnalle näistä riskeistä. Yleensä nämä riskit voivat olla:

• laitteen kuumeneminen tai liikkuminen
• laitteen toimintahäiriö
• vahingoittaa laitetta ympäröivää kudosta.

JOS POTILAATILLE ON KIRURGISESTI ASETETTU METALLINEN ESINE TAI SYDÄMEN ARYTMIA, POTILAAT EIVÄT SAA OSALLISTUA, KOSKA NÄMÄ RISKIT OVAT TUNNETTUJA. NÄMÄ ASIAT KÄSITTELÄÄN ENNEN ENSIMMÄISTÄ ​​KÄYNTIÄ.

Todennäköinen: Magneettikuvauksessa noin 90 minuuttia makaaminen voi aiheuttaa fyysistä epämukavuutta yrittäessään makaamaan paikallaan. Jotkut ihmiset saavat lihassärkyä ja kipuja selällään makaamisesta. Tämä minimoidaan tarjoamalla pehmusteita painepisteisiin ja polvien alle haluttaessa.

Vähemmän todennäköistä: Ei mitään Harvinaista: Ei mitään

Kuten edellä mainittiin, on olemassa tiettyjä kriteerejä, jotka voivat estää potilaita tekemästä magneettikuvausta osana tätä tutkimusta. Tutkimukseen ei saa osallistua, jos potilaalla on metalliesineitä kehossaan tai jos heillä on ollut sydämen rytmihäiriöitä, koska nämä ovat tunnettuja riskejä. Lisäksi osallistujat suljetaan pois tutkimuksesta seuraavien ehtojen vuoksi, koska heillä on jokin seuraavista:

• lävistykset pään, hartioiden tai kaulan alueella, joita ei voida poistaa;
• kaikki tatuoinnit pään, hartioiden tai kaulan alueella (mukaan lukien kosmeettiset tatuoinnit, kuten silmänrajaus ja/tai huultenrajaus);
• lääketieteelliset laitteet, kuten insuliinipumppu tai jatkuva glukoosimittari, jota ei voida poistaa 90 minuuttiin;
• täydellinen henkselien sarja (ylä- ja alaosa).

Koska monet vaatteet, kuten urheiluvaatteet, sisältävät ylimääräisenä varotoimenpiteenä metallia, tutkimushenkilökunta pyytää ennen magneettikuvausta potilaita vaihtamaan kertakäyttötakkiin ja housuihin. Potilaille tarjotaan yksityinen alue, jossa he voivat vaihtaa magneettikuvaukseen turvallisia vaatteita ja yksityinen alue, jossa he voivat vaihtaa vaatteet takaisin magneettikuvauksen jälkeen.

POIS Lääkitystila: PD-potilaat eivät saa lääkkeitä yön aikana ennen tutkimuspäivää. Tämä lisää osallistujien motorisia oireita jopa ON DBS -tilassa.

Todennäköinen: Lääkityksen keskeyttämisen riskeihin sisältyy PD-oireiden, kuten jäykkyyden, vapina, hitaus ja/tai epätasapaino, lisääntyminen.

Vähemmän todennäköistä: Potilaat voivat kokea puhevaikeuksia, vaikeuksia löytää sanoja, yleistä epämukavuuden tai levottomuuden tunnetta ja/tai mielialan muutoksia.

Harvinainen: Ei mitään

DBS-asetusten muutokset: DBS-potilaiden stimulaattorit ovat pois päältä tai päällä. PÄÄLLÄ-tila on asetuksissa, joita normaalisti käytetään kliinisessä hoidossa. Riskit liittyvät siis vain OFF-tilaan ja varsinaiseen olosuhteiden vaihtamiseen, mutta tyypillisesti ei ON-tilaan. Mikään OFF- tai ON/OFF-kytkennän yleisesti koetuista sivuvaikutuksista ei ole vaarallinen, pysyvä tai vaadi muuta toimenpiteitä kuin stimulaattorin asetusten muuttamista.

Todennäköinen: OFF-tilassa potilaat voivat kokea motoristen oireiden lisääntymistä merkittävästi.

Vähemmän todennäköistä: Stimulaattoriolosuhteita muutettaessa potilaat voivat kokea tilapäisiä tuntemuksia, liikkeitä, puhevaikeuksia, yleistä epämukavuuden tai levottomuuden tunnetta, lihaskramppeja, näön hämärtymistä, silmäluomien sulkeutumista, puutumista, pistelyä tai mielialan muutoksia.

Harvinainen: Ei mitään

Naiset, jotka voivat tulla raskaaksi: heitä pyydetään tekemään raskaustesti ennen tämän tutkimuksen aloittamista. Naisten on käytettävä tehokkaita ehkäisymenetelmiä ja pyrittävä olemaan raskaaksi osallistuessaan tähän tutkimukseen. Jos nainen tulee raskaaksi, sikiölle voi liittyä tuntemattomia riskejä tai sikiöön kohdistuvia riskejä, joita tutkijat eivät odottaneet. Tutkittavalla hoidolla voi olla pitkäaikaisia ​​vaikutuksia, jotka voivat lisätä syntymättömän lapsen haitan riskiä. Potilaiden on kerrottava lääkärille, jos heidän ehkäisymenetelmänsä epäonnistuu tutkimuksen aikana. Jos potilas uskoo tai tietää, että osallistuja on tullut raskaaksi osallistuessaan tähän tutkimukseen, potilaita pyydetään ottamaan yhteyttä tämän asiakirjan yläosassa mainittuun tutkimusryhmän jäseneen mahdollisimman pian.

Potilaat eivät voi osallistua tähän tutkimukseen, jos he ovat raskaana. Jos potilaat voivat tulla raskaaksi, tutkijat tekevät raskaustestin ennen osallistujien altistamista tutkimukseen liittyvälle säteilylle. Potilaiden tulee kertoa meille, jos potilas on tullut raskaaksi viimeisten 14 päivän aikana, koska raskaustesti on tuona aikana epäluotettava.

Jos potilas on seksuaalisesti aktiivinen mies, on tärkeää, että kumppani ei tule raskaaksi osallistuessaan tähän tutkimukseen. Syntymättömälle lapselle saattaa liittyä tuntemattomia riskejä tai riskejä, joita tutkijat eivät ennakoineet. Osallistujan ja hänen kumppaninsa on suostuttava ehkäisyn käyttöön osallistuakseen tähän tutkimukseen. Jos potilas uskoo tai tietää, että hänen kumppaninsa on tullut raskaaksi osallistuessaan tähän tutkimukseen, häntä pyydetään ottamaan yhteyttä tämän asiakirjan yläosassa mainittuun tutkimusryhmän jäseneen mahdollisimman pian.

Luottamuksellisuuden rikkominen: Yksi tähän tutkimukseen osallistumisen riski on se, että potilasta saatetaan vahingossa paljastaa luottamuksellisia tietoja. Tutkijat tekevät parhaansa pitääkseen potilaiden tiedot turvassa.

Koehenkilöiden varhainen vetäytyminen Tietyissä olosuhteissa tutkija tai NIH saattaa päättää lopettaa potilaan osallistumisen tähän tutkimustutkimukseen suunniteltua aikaisemmin. Tämä voi tapahtua ilman syytä tai siksi, että potilaan ei olisi proteaasinestäjien mielestä turvallista jatkaa, koska hänen tilansa on huonontunut, koska potilas tuli raskaaksi, koska tutkimustutkimuksen rahoitus on päättynyt tai koska sponsori on päättänyt keskeyttää tutkimuksen.

Milloin ja miten koehenkilöt otetaan pois Jos potilas tuntee olonsa liian epämukavaksi missä tahansa DBS-tilassa tai lääkityksen lopettamisen jälkeen, potilas poistetaan tutkimuksesta. Tohtori Ushe tai koulutettu henkilökunta on läsnä kaikkien tutkimuspäivien ajan valvomassa tätä tutkimuksen osa-aluetta.

Tutkimusmenettelyt Kelpoisuuden seulonta Kaikkien neljän ryhmän osallistujat seulotaan inkluusio-/poissulkemisseulontalomakkeella tutkimuskelpoisuuden määrittämiseksi.

Mittausaikataulu Kognitiiviset mittaukset: Karakterisointia ja seulontatarkoituksia varten PD-potilaat testataan ennen leikkausta ja sen jälkeen ja kontrollit testataan kerran Montrealin kognitiivisella arvioinnilla (MoCA; lyhyt seulontainstrumentti lievien kognitiivisten toimintahäiriöiden hoitoon, jos pisteet ovat < 22 jätetään pois. Osallistujien turvallisuuden lisäämiseksi ja testausympäristössä COVID 19:n aiheuttaman ajan minimoimiseksi MoCA-puhelin- tai virtuaaliversio (molemmat validoitu) jaetaan mahdollisille osallistujille, joilla on tarvittavat laitteet sen suorittamiseen 24–72 tuntia ennen testiä. opintovierailu. Aloittaakseen yhteisen testipariston luomisen, jota voitaisiin käyttää tulevissa tutkimuksissa, tutkijat suorittavat NIH Toolbox -testien osajoukon, joka sopii 3–85-vuotiaille ja toimii siten meidän ikäryhmässämme (50–75) nyt ja tulevaisuudessa, jos osallistujia seurataan edelleen. Tämän työkalupakin tavoitteena on tarjota "yhteinen valuutta" kognitiolle, jota voidaan sitten käyttää vertailemaan eri tutkimuksia ja seuraamaan neurologisia ja käyttäytymistoimintoja ajan mittaan. Päätöksemme lisätä tehtäviä NIH Toolboxista johtuu halusta löytää joitain yhteisiä piirteitä tulevissa testeissä ja tunnistaa tarkempia kognitiivisia komponentteja kuin on mahdollista tyypillisillä moniulotteisilla kliinisillä neuropsykologisilla testeillä. WU:ssa sijaitsevalla NIH Cognitive Toolboxilla on merkittävää paikallista asiantuntemusta, jota voidaan käyttää helpottamaan tämän työkalun käyttöä. Valitut tehtävät ovat: 1) Kuvasanastotesti; osallistujan täytettävä, mittaa vastaanottavan sanaston (4 min). Tarkkuus edistää sanallista IQ-aluetta 2) Kuvasekvenssimuistitesti; arvioi episodimuistin ja kestää 7 minuuttia. Prosenttitarkkuus vaikuttaa muistialueeseen. 3) Flanker Inhibitory Control ja Attention Test; mittaa huomion ja estävän hallinnan (3 min). Tarkkuus edistää Executive Function Domainin toimintaa. 4) Dimensional Change Card Sort Test; mittaa kognitiivista joustavuutta (4 min). Switch- ja non-switch-kokeilujen tarkkuus vaikuttaa Executive Function Domainiin. 5) Listan lajittelun työmuistitesti; arvioi työmuistia ja vaatii visuaalisesti ja suullisesti esitettyjen ärsykkeiden sekvensointia. Tarkkuus edistää Executive Function Domainin toimintaa. 6) suullinen lukemisen tunnistustesti; osallistujaa pyydetään suorittamaan lyhyt lukutesti, joka antaa arvioidun älykkyysosamäärän. 7) Tiedonhakutehtävä; Tehtävä edellyttää, että ihmiset tekevät valintoja kolikkopinojen kuvien välillä käytettävissä olevien riskitietojen perusteella. Suorituskyky kuvastaa yksilön riskinsietokykyä ja taipumusta arvostaa tietoa. Näitä tietoja käytetään varmistamaan yleisen kognitiivisen tason samankaltaisuus ryhmien ja alaryhmien välillä, ja niitä voidaan kovarioida tietyistä analyyseista. Jokaisen skannauslohkon jälkeen koehenkilöt suorittavat Flanker Inhibitory Control and Attention -testin, List Sorting Working Memory -testin, Dimensional Change Card Sort Test -testin ja tiedonhakutehtävän. Muut ryhmät ovat tutkineet ja toistaneet STN DBS:n vaikutuksia näihin kognitiivisiin kontrolliprosesseihin.

Mielialan mittaukset: Koehenkilöille annetaan Geriatric Depression Rating Scale (GDRS; masennuksen oireita arvioiva kyselylomake) ja Spielberger Trait Anxiety Instrument (STAI; kyselylomake elinikäisistä ahdistuneisuusoireista). Tutkijat käyttivät näitä toimenpiteitä aiemmissa STN DBS -tutkimuksissamme. PD-potilaat täyttävät nämä kyselylomakkeet ennen ja jälkeen leikkauksen; kontrollit täyttävät kyselylomakkeet ilmoittautumisen yhteydessä. Jokaisen kuvantamistestausistunnon aikana koehenkilöt suorittavat Visual Analog Scales (VAS) -asteikon, joka arvioi itse ilmoittaman kiihottumisen ja mielialan valenssin. Tämä testi on lyhyt, toistettava, herkkä ja validoitu. VAS-tietoja käytetään määrittämään stimulaation sijainnin vaikutukset mielialan valenssin ja kiihottumisen yleiseen muutokseen sekä näiden muutosten suunta. Tutkijat käyttivät näitä menetelmiä menestyksekkäästi aiemmissa PD- ja STN-DBS-tutkimuksissamme.

Kuvanotto: MRI/fMRI-kuvaus: MRI-skannaus suoritetaan kontrolleille ja ennen leikkausta PD-potilaille. Nämä kuvat kerätään 3T Siemens PRISMAlla ja sisältävät: (i) 3D MPRAGE (T1) -sekvenssin (TR = 2500 ms, TI = 1070 ms, TE = 2,9 ms, FA = 8°, 1,0 mm3 vokseleita, *6 :09-8:42 min); (ii) T2-painotettu sekvenssi (TR = 3200 ms, TE = 564 ms, 1,0 mm3 vokseleita, *4:42-6:51 min); (iii) BOLD-herkistetty fMRI (TR = 1230 ms, TE = 33 ms, 2,4 mm3 vokselit, 11:10 min) sekä tehtävälle että rs-fcMRI:lle ja (iv) epäsymmetrinen spin kaiku (ASE) -kenttäkartta (TR) = 6470 ms, TE = 60 ms, 2,4 mm3 vokseleita, 0:26 min), (v) ja jos aika sallii, kaksi 99-suunnan DWI-sarjaa sekä b1500:lla että b3000:lla (TR = 3500 ms, TE = 83 ms, 2,0 mm3 vokseliä, 6:14 min), koska se tunnistaa paremmin potilaan subkortikaalisen anatomian, joka on hyödyllinen kontaktin paikantamisessa. T1- ja T2-skannauksia varten lyhyet 3D-kaikutasokuvausvolumetriset navigaattorit upotetaan pitkäksi 3D-sekvenssiksi, ja tuloksena saadut kuvatilavuudet rekisteröidään, jotta saadaan arvio kohteen sijainnista skannerissa alle 500 ms:n hinnalla, ∼ 1 % muutos kontrastissa ja ~3 % muutos intensiteetissä. Vähimmäis- ja enimmäishankintaajat tarjotaan; todelliset ajat riippuvat tarvittavan liikekorjauksen määrästä.

HD-DOT-kuvaus: HD-DOT-instrumentointimme tarjoaa joustavan infrastruktuurin näkökentän laajentamiseen, jotta voidaan kohdistaa suoraan muihin alueisiin motorisessa aivokuoressa ja sen ympärillä, joita STN DBS:n oletetaan moduloivan. Tutkijat laajensivat äskettäin kahta kolmesta suuresta FOV HD-DOT -järjestelmästämme 128 lähteeseen ja 128 ilmaisimeen. Tutkijat siirtävät tämän DBS-projektin johonkin näistä 128x128-järjestelmistä. Päässä olevan korkin paikantamiseksi tutkijat mittaavat optodien ja pään välisen etäisyyden käyttämällä automaattista fotometristä lähestymistapaa. Anatomisia maamerkkejä, jotka perustuvat kansainväliseen 10/20-järjestelmään (mukaan lukien nasion, inion, pre-auricular pisteet ja Cz), käytetään fiducialeissa. Jotta varmistetaan riittävä optodien kytkentä kannen yli, näyttö näyttää reaaliaikaiset lukemat kunkin optodin keskimääräisestä valotasosta ja kunkin lähteen ja ilmaisinparin kohinatasosta. Jos jompikumpi metriikasta on huono (optodi, jonka valotaso <1 % keskiarvoista tai melutaso > 7,5 % raja), käytetään kohdennettua kuitujen yksilöllistä sovitusta tiedon tarkkuuden parantamiseksi. Mittaukset otetaan 2 cm:n syvyydeltä päänahasta (>1 cm aivokuoreen) tasaisella herkkyysprofiililla. Tarkan mallin luomiseksi valon etenemisestä kohteen päässä on pään muoto ja sisäinen rakenne sekä lähteiden ja ilmaisimien sijainti arvioitava. Tietyn kohteen HD-DOT-herkkyys mallinnetaan käyttämällä kohteen MRI:stä saatua pään anatomiaa. T1:tä ja T2:ta käytetään segmentoimaan pää viiteen oletettuun kudosalueeseen, joilla kullakin on ainutlaatuiset optiset ominaisuudet: päänahka (ja pehmytkudos), kallo, aivo-selkäydinneste (CSF), harmaa aine ja valkoinen aine. FreeSurferia käytetään suorittamaan ensimmäinen segmentointi, jota sitten jalostetaan ja laajennetaan sisältämään päänahan ja kallon omilla mukautetuilla ohjelmilla. Sen jälkeen segmentoidusta tilavuudesta muodostetaan tiheät tetraedrisilmät (keskimääräinen solmujen välinen etäisyys 1,5 mm) NIRVIEW:n avulla. Elementtimallinnuksen (FEM) lähde- ja ilmaisimen paikat sijoitetaan päähän jousirelaksaatiolähestymisten jälkeen. NIRFAST-työkalupakin avulla luodaan äärelliselementtiratkaisu säteilyn siirtoyhtälön diffuusioapproksimaatioon kohteen anatomisessa tilassa. Tämä ratkaisu tuottaa herkkyysmatriisin, joka liittää pinnalla mitatun valotason muutoksen paikalliseen muutokseen absorptiossa solmuissa koko tilavuuden alueella. Sen jälkeen herkkyysmatriisista näytteistetään uudelleen ja interpoloidaan isotrooppiseen kahden mm:n vokseliavaruuteen ja käännetään sitten spatiaalisesti riippuvaisella regularisoinnilla. Virheiden lieventämiseksi korkin sijoittelun suhteellisessa sijainnissa tutkijat käyttävät elokuvatehtävän herätettyjä vastauksia toiminnallisina lokalisoijina optimoidakseen korkin rekisteröinnin päähän.

Tehtävät: (fMRI ja HD-DOT) Visuaalinen stimulaatio: Välkkyvät shakkilaudan ärsykkeet säteittäisillä, käänteisillä (10 Hz), logaritmisilla mustavalkoruudukoilla (10 Hz:n kääntö) 50 prosentin harmaalla taustalla. Juoksu koostuu 10 lohkosta, jotka kestävät 8 minuuttia. Kuulostimulaatio: Kieliparadigma kuulokuoren aktivoimiseksi. Sanat (lyhyet yksinkertaiset substantiivit) esitetään sarjassa, joka koostuu kuudesta lohkosta, jotka kestävät 4 minuuttia. Elokuva: Kaikki kohteet kuvataan, kun katsotaan 10 minuutin elokuvaleikettä. Matalatason visuaalista ja kuulokäsittelyä käytetään kuulo- ja visuaalisen aivokuoren kartoittamiseen, kun taas korkeamman tason puheen ja kehon prosessointi kartoitetaan käyttämällä tarkempia ominaisuuksia. Nämä tarjoavat lisää toiminnallista lokalisointia kunkin aiheen sisällä. Kaupalliset elokuvat tarjoavat mukaansatempaavan strategian aivojen toimintojen kartoittamiseen, sillä koehenkilöiden on helppo noudattaa niitä, ne vähentävät liikettä, mahdollistavat useiden aivotoimintojen kartoituksen rinnakkain ja ne on validoitu fMRI:ssä käytettyjä standardoituja ärsykkeitä ja lepoparadigmoja vastaan. Lepotila: 3 10 minuutin ajoa suoritetaan silmät auki, kiinnitettynä ristiin näytön keskelle levossa.

Turvallisuus ja haittatapahtumat sekä turvallisuuden ja vaatimustenmukaisuuden seuranta PI:t ja yhteistutkijat seuraavat tutkimusta protokollan noudattamisen, tiedonkeruun ja haittatapahtumien suhteen. Tietojen ja turvallisuusseurannan tarkastukset suoritetaan puolivuosittain. Lisäksi dataa ja tutkimusta seurataan vuosittain paikallisen instituutioiden arviointilautakunnan kanssa.

Suunnitelmamme sisältää seuraavat ominaisuudet, mutta ei rajoitu niihin:

1. Haittavaikutusten tarkastelu: Kaikki osallistujien ja/tai tietojen kanssa yhteydessä olevat henkilöt ovat valmiita tunnistamaan haittatapahtumat ja heitä on ohjeistettu raportoimaan niiden esiintymisestä välittömästi päätutkijalle (päätutkijoille).
2. Vakavien haittatapahtumien ilmoittaminen: Vakavan haittatapahtuman epätodennäköisessä tapauksessa päätutkijat ryhtyvät yhteistyössä asiaankuuluvan henkilöstön kanssa tarvittaviin toimenpiteisiin raportoidakseen tapahtumasta Human Research Protection Officelle Washingtonin yliopiston lääketieteellisen keskuksen ohjeiden mukaisesti. HRPO.
3. Tutkimuksen keskeyttämisen kriteerit: Olosuhteita, jotka oikeuttaisivat tutkimuksen keskeyttämisen, ei odoteta. Jos kuitenkin ilmenee olosuhteita, jotka vaarantavat osallistujien turvallisuuden, siitä ilmoitetaan päätutkijoille, jotka keskeyttävät tutkimuksen, kunnes asianmukaiset suojatoimet mahdollistavat tutkimuksen jatkamisen.
4. Pätevät henkilöt, jotka seuraavat tutkimusta: Päätutkijalla ja yhteistyökumppaneilla on kokemusta tältä tutkimusalueelta ja he ovat päteviä valvomaan tutkimusta.

Haittavaikutusten määritelmät Protokolla noudattaa haittatapahtumien IRB:n asettamia ohjeita.

Tiedonkeruumenettelyt haittatapahtumia varten Haittatapahtumien tiedonkeruumenettelyt noudattavat vahvistettuja IRB-ohjeita.

Raportointimenettelyt Raportointimenettelyt noudattavat vahvistettuja IRB-ohjeita.

Haittatapahtumien raportointijaksojen raportointimenettelyt noudattavat vahvistettuja IRB-ohjeita.

Tutkimuksen jälkeisten haittatapahtumien raportointi Tutkimuksen jälkeiset haittatapahtumat noudattavat vahvistettuja IRB-ohjeita.

Analyysit: Kliiniset, käyttäytymiseen liittyvät ja johdetut kuvantamistiedot tarkistetaan laadunvalvontaan ja syötetään kahdesti suojattuun REDCap-tietokantaan. Tutkijat tutkivat seksiä ryhmäerojen ja DBS:n aiheuttamien vaikutusten välittäjänä, vaikka näitä vaikutuksia ei ole erityisesti oletettu. Kaikki tilastolliset testit ovat kaksipuolisia, merkitsevyystasolla 0,05, ja ne suoritetaan SAS 9.4:llä (SAS, Cary, NC) ja R:llä. Huolellisesti kiinnitetään huomiota sen varmistamiseen, että tiedot täyttävät tietyn analyyttisen strategian edellyttämät oletukset. Kun vaadittuja oletuksia rikotaan, tutkijat tutkivat datamuunnosten käyttöä ja mahdollisesti suorittavat puoliparametrisen tai ei-parametrisen analyysin. Suunnitellut analyysit kullekin tavoitteelle ovat seuraavat. Yhdessä nämä analyysit määrittelevät STN DBS:n aiheuttaman kortikaalisten toiminnallisten verkkojen modulaation ja sen suhteen STN DBS:n aiheuttamiin muutoksiin käyttäytymisessä.

Tilastolliset menetelmät 3D-tilastollinen analyysi (3D Stat): Tiimimme jäsenten kehittämää 3D-tilastoa käytetään hypoteesien testaamiseen kontaktin sijainnin (johdettu ovidista) ja RSN:ien välisestä suhteesta. Kullekin riippuvaiselle mittarille (esim. muutos RSN-korrelaatiovoimakkuudessa, motoriset oireet, kognitiiviset toiminnot) luodaan 4 tilastollista karttaa: 1) N-kuva, joka näyttää stimuloitujen kontaktien määrän, jotka tuottivat dataa kartan kuhunkin vokseliin. , eli 1,3 mm:n sisällä. Vokseleita, joissa N < 6, ei sisällytetä muihin kartoitusvaiheisiin. 2) Painotettu keskiarvokuva, joka sisältää riippuvaisen suuren painotetun keskiarvon koehenkilöiden välillä, ja lähemmät kontaktit ovat painotettuja korkeammin. 3) T-kuva, joka esittää painotettuja t-arvoja, jotka on johdettu yhden otoksen t-testeistä vertaamalla riippuvaista mittaa kussakin vokselissa nollaan. 4) p-kuva, joka sisältää p-arvot t-testille jokaisessa vokselissa (katso esimerkki kuvasta 16). Kun otetaan huomioon tällä tavalla testattujen vokselien määrä, tyypin 1 virheen ja näyteharhan moninkertainen vertailukorjaus on tarpeen. Testaakseen, vaikuttiko kunkin DBS-kontaktin anatominen sijainti merkittävästi riippuvaan muuttujaan, tutkijat käyttävät permutaatiotestiä. Jokaiselle suurelle luodaan yhteenvetopisteet, jotka heijastavat p-kuvan merkittävien vokselien laajuutta ja amplitudia. Tätä yhteenvetopistettä verrataan 1000 yhteenvetopisteeseen, jotka on luotu samalla tavalla, mutta satunnaisesti valituista aktiivisten kontaktipaikkojen ja riippuvaisen muuttujan pareista. Tutkijat ottavat huomioon p-arvon ≤ 0,05 (eli yhteenvetopisteen, joka sijoittaisi sen 50 parhaan joukkoon 1000 satunnaisdatan permutaatiosta) osoittaakseen, että DBS:n sijainti vaikutti merkittävästi riippuvaiseen muuttujaan.

. Sokeuden poistotoimenpiteet HD-DOT-tiedonkeruuhenkilöstö ja potilas ovat sokeita DBS-tilan suhteen leikkauksen jälkeistä ryhmää koskevien tietojen keruun aikana. Kun raakadata-analyysi on suoritettu, analyysiin osallistuva henkilöstö poistetaan DBS-kunnosta kunkin kohteen osalta, jotta henkilökunta voi suorittaa seuraavan tason analyyseja.

Luottamuksellisuus ja turvallisuus Luottamuksellisuus säilytetään sovellettavien osavaltioiden ja liittovaltion lakien mukaisesti. Kohteen tiedot koodataan numeerisesti yksilöllisyyden suojaamiseksi. Esityksessä tai julkaisuissa ei käytetä tunnisteita. Kaikki tiedot tallennetaan lukittuihin kaappeihin tai tietokoneisiin yksityisessä, suojatussa verkossa, joka on suojattu PIX-palomuurilla. Etäkäyttö on sallittu vain virtuaalisten yksityisten verkkoyhteyksien kautta HIPAA-ohjeiden mukaisesti. Potilaita informoidaan kaikista riskeistä ennen osallistumista. Koehenkilöille kerrotaan, että on mahdollisuus keskeyttää osallistuminen milloin tahansa, että on vaihtoehtona olla osallistumatta tutkimukseen ja että tämä ei vaikuta potilaiden sairaanhoitoon. Vakuutusmaksua ei veloiteta. Kaikki avainhenkilöt, jotka osallistuvat ihmisiin liittyvän tutkimuksen suunnitteluun tai suorittamiseen, saavat vaaditun koulutuksen ihmistutkimukseen osallistuvien suojelusta ja HIPAA-ohjeista ennen tämän hankkeen rahoittamista. Suostumus hankitaan yksityisessä huoneessa, jossa koe suoritetaan.

Rahoituslähde ja eturistiriidat National Institutes of Health (NIH)

Julkaisusuunnitelma Julkaisut valmistetaan, kun tiedonkeruu ja analyysit on saatu päätökseen, todennäköisesti syksyllä 2024.