Neuro-lihaskommunikaation häiriöt motoristen neuronien sairauksissa: Biomarkkeri varhaiseen ja yksilölliseen diagnoosiin (MotorMarker)

Amyotrofinen lateraaliskleroosi (ALS) tai motorinen neuronisairaus (MND) on terminaalinen hermostoa rappeuttava sairaus, joka johtaa asteittaiseen motorisen toiminnan menettämiseen. ALS:n hoito on edelleen ratkaisematon haaste, ja intensiivisestä tutkimuksesta huolimatta diagnoosi ja hoito eivät ole vielä riittävän yksilöllisiä. Uusia hoitomuotoja ja diagnoosin jälkeisen hoidon laatua voidaan parantaa varhaisella diagnoosilla yksilötasolla, mikä mahdollistaa räätälöidyn hoidon ja yksilöllisen hoidon.

Diagnoosin personoimiseksi tarvitaan luotettavia kvantitatiivisia biomarkkereita, taudin alkamisen varhaista havaitsemista ja taudin eri alatyyppien erottamista. Erityisesti useita biomarkkereita on tutkittu käytettäväksi ALS:ssä, mukaan lukien motoristen yksiköiden lukumäärän arviointi (MUNE), motoristen yksiköiden lukumääräindeksi (MUNIX), aivokuoren kiihtyvyys transkraniaalisessa magneettistimulaatiossa (TMS), EMG-lihasten välinen koherenssi, magneettinen resonanssi (MR) ja muut kuvantamistekniikat ja EEG-allekirjoitukset. Näiden tekniikoiden diagnostinen käyttökelpoisuus, erityisesti edullisia ei-invasiivisia sähköisen lihastoiminnan tallennuksia - bipolaarinen tai suuritiheyksinen pintaelektromyografia (sEMG) ja sähköinen aivotoiminta - pintaelektroenkefalografia (sEEG) - on kuitenkin rajallinen: biomarkkerit ovat ei ole vahvasti sidoksissa ALS:n vaikuttaviin neurofysiologisiin mekanismeihin.

Ihmisen motoriikkajärjestelmä käsittää 2 alajärjestelmää: α-moottorijärjestelmä hermoi suoraan motorisia hermosoluja ja selkärangan interneuroneja ja γ-järjestelmä, joka moduloi lihasten palauterefleksisilmukoiden antureita edistääkseen epäsuorasti lihasten aktivaatioita. Nämä kaksi järjestelmää muodostavat neuromuskulaarisen viestintä- ja ohjausverkoston, jonka kautta hermosignaalit välitetään lihaksiin ja lihaksista koordinoitua liikettä varten. ALS:ssä sekä ylempien että alempien motoristen neuronien toiminta häiriintyy. Alemmissa motorisissa neuroneissa α-motorisen järjestelmän rappeutuminen alkaa ennen y-järjestelmää, mikä muuttaa α- ja y-järjestelmän suhteellista vaikutusta, mikä vääristää hermo-lihasviestinnän malleja liikkeissä. Siksi on mielenkiintoista erottaa ja erottaa sähköfysiologiset allekirjoitukset, jotka heijastavat sensomotoristen verkkojen viestintämalleja, jotka liittyvät kuhunkin alajärjestelmään toiminnassaan ja toimintahäiriöissä, jotka puolestaan ​​voivat toimia biomarkkereina. Tietyissä ALS-alaryhmissä, ts. Primaarinen lateraaliskleroosi (PLS) ja progressiivinen lihasatrofia (PMA) - ylempien tai alempien motoristen neuronien selektiivinen rappeutuminen. Siksi verkon viestintämalleissa on odotettavissa tarkempia muutoksia.

Kyberneettisten ominaisuuksien (viestintä, ohjaus ja tiedonsiirto) analysoimiseksi on analysoitava sähköfysiologisia signaaleja useista hermo-lihasjärjestelmän kohdista toisiinsa kytkeytyvänä verkkona. Tämä voidaan saavuttaa EMG/EEG:n kuvioiden yhteismuuttuvuuden yhteistallennuksella ja edistyneellä analyysillä, esim. (suunta) aivokuoren ja lihaksen koherenssi ja suuntaverkkovaikutukset toiminnallisten motoristen tehtävien aikana. Oletuksena on, että sekä EEG:hen että EMG:hen (patofysiologisen muutoksen indikaattorit, mitattuna verkkona) perustuvat neuromuskulaariset viestintämittaukset kuvastavat paremmin ALS:n alkua ja alatyyppejä kuin mittaukset, jotka perustuvat joko EEG:hen tai EMG:hen erikseen (rakenteellisen muutoksen indikaattorit, mitattuna solmukohdista). .

Sähköfysiologisten tunnusmerkkien onnistunutta erottelua voidaan käyttää ALS:n diagnosoinnissa, mikä voi olla hyödyllistä myös paremman potilaan hoidon ja uudenlaisen neuromotorisen kuntoutuksen kehittämisen kannalta.