Theta Deep Brain stimulaatio Parkinsonin taudin kognitiivisten ominaisuuksien parantamiseksi

Tavoite: Ehdotetun tutkimuksen tavoitteena on testata STN:n theta-stimulaation kykyä moduloida kognitiivista prosessointia PD-potilailla kohdistamalla suoraan assosiatiiviseen STN-piiriin.

Hypoteesi: Oletamme, että assosiatiivisen STN-piirin theta-stimulaatio parantaa suorituskykyä kognitiivisissa tehtävissä verrattuna kontrollitilaan, jossa stimulaatio kohdistuu sensorimotoriseen STN-piiriin.

Menetelmät Tehoanalyysi: Aiemmin raportoiduilla kohtalaisilla vaikutuksilla (Cohenin d = 0,57), odotamme tarvetta värvätä 27 kohdetta subjektin sisäiseen suunnitteluun, jonka teho on 0,8 ja alfa-taso 0,05.

Aiheet: Potilaat, joilla on syvä aivostimulaatiojärjestelmä, rekrytoidaan Vancouverin yleissairaalan DBS-klinikalta. Koehenkilöt otetaan mukaan, jos heillä on STN DBS, ennen leikkausta ja sen jälkeinen kuvantaminen (jotta mahdollistaa elektrodin rekonstruktio) ja jos he ovat vähintään kolme kuukautta leikkauksen jälkeen. Koehenkilöt suljetaan pois, jos he eivät pysty suorittamaan kognitiivista tehtävää (kielimuurien tai dementian vuoksi) tai jos heillä on merkittäviä DBS:ään liittyviä komplikaatioita.

Tutkimussuunnitelma: Tämä on yksittäinen sokea, satunnaistettu, risteytetty tutkimushenkilön sisäinen toistuva mittaussuunnitelma, joka arvioi stimulaation sijainnin ja käyttäytymismuutosten välistä vuorovaikutusta. Koehenkilöt sokeutuvat stimulaatiotilaan.

Assosiatiivisen STN-verkon ja optimaalisen elektrodikonfiguraation tunnistaminen: Ennen kuin tutkittava saapuu stimulaatioon, rekonstruoimme elektrodin sijainnin käyttämällä LeadDBS:n putkilinjaa. Lyhyesti sanottuna, ennen leikkausta MRI ja postoperatiivinen CT-skannaus rekisteröidään ja sen jälkeen normalisoidaan epälineaarisesti standardiavaruuteen. Elektrodit tunnistetaan ja rekonstruoidaan käyttämällä LeadDBS:ssä toteutettua PaCER-algoritmia. Käyttämällä kunkin koehenkilön yksilöllistä elektrodirekonstruktiota laskemme VTA:t, jotka kytkeytyvät differentiaalisesti assosiatiiviseen STN-alueeseen ja STN-sensorimotorisiin alueisiin. Vastaavia elektrodikonfiguraatioita käytetään kognitiivisen tehtävän aikana.

Kognitiivinen perusarviointi: Jokaiselle koehenkilölle tehdään perustason kognitiivinen seulontatutkimus (Montreal Cognitive Assessment, MOCA), jota käytetään kovariaattina tulevassa analyysissä. Tämä tehdään osana heidän rutiiniseulontaa ennen DBS-leikkausta.

Theta DBS: Koehenkilöt tulevat klinikalle ilman lääkitystä, mikä auttaa hallitsemaan dopamiinin tunnettua epälineaarista vaikutusta työmuistiin. He käyvät läpi tietokoneistetun työmuistitehtävän, samalla kun heitä stimuloidaan kaikissa neljässä tilanteessa. Nämä olosuhteet vastaavat 1) OFF, 2) theta (6 Hz) assosiatiivisen STN-alueen stimulaatiota (kohdetila), 3) STN-sensomotorisen alueen theta-stimulaatiota (anatominen kontrollitila) ja 4) korkeataajuista (135 Hz) stimulaatiota. ) assosiatiivisen STN-alueen stimulaatio (taajuudensäätöehto). Nämä ehdot satunnaistetaan kunkin kohteen sisällä luomalla satunnainen kokonaisluku (1-4) ilman toistoja. Pidämme amplitudin ja pulssin leveyden vakiona (2,5 mA, 90 us). Stimulaatioasetuksen muuttamisen jälkeen odotamme 5-10 minuuttia ennen työmuistitehtävän aloittamista. Kysymme tutkittavalta, onko ei-toivottuja stimulaatiosivuvaikutuksia (esim. parestesia). Jos koehenkilöllä on parestesia tai hän muutoin valittaa stimulaatiosta, vähennämme amplitudia 0,5 mA. Jos emme pysty stimuloimaan, potilas suljetaan pois tutkimuksesta. Välittömästi ennen työmuistitehtävän alkamista koehenkilöille tehdään lyhyt motorinen tutkimus, joka koostuu Unified Parkinsonin taudin luokitusasteikko III:sta. Istunnon lopussa koehenkilöt palautetaan kliinisesti optimoituun ohjelmaansa ja he ottavat lääkityksensä normaalin aikataulunsa mukaisesti.

Työmuistitehtävä: Muokattu Sternberg-tehtävä esitetään kannettavalla tietokoneella.

Tilastollinen analyysi: Ensisijainen tuloksemme on työmuistin suorituskyky kunkin stimulaatiotilan aikana lineaarisella sekavaikutteisella mallilla arvioituna. Malliksi määritetään työmuistin suorituskyky ~ ikä + MoCA + stimulaatiotila + peruskognitio*stimulaatiotila + stimulaatiojärjestys + (1|kohde) Hypoteesimme on, että stimulaatioehdon pääasiallinen vaikutus työmuistin suorituskykyyn on post-hoc yhden näytteen t-testit, jotka osoittavat parannusta theta-assosiatiivisessa STN-tilassa suhteessa muihin olosuhteisiin. Odotamme myös näkevämme perustason kognition ja stimulaatiotilan vuorovaikutuksen. Aiemman kirjallisuuden perusteella oletamme, että henkilöillä, joilla on alempi lähtötason kognitio, paranee enemmän assosiatiivisen STN-alueen stimulaation aikana. Sisällyttämällä stimulaation järjestysmuuttujan, säädämme mahdollisuutta, että koehenkilön suorituskyky heikkenee ajan myötä (väsymyksen vuoksi) stimulaatiotilasta riippumatta. Täydentävä analyysi arvioi motorisen suorituskyvyn kunkin stimulaatiotilan aikana olettaen, että korkeataajuinen stimulaatio vähentää motorisia pisteitä matalataajuiseen stimulaatioon verrattuna. Suoritamme myös post-hoc-analyysin arvioidaksemme tehtävien suorituskyvyn sekä STN:n ja assosiatiivisten verkkojen välisen toiminnallisen ja rakenteellisen liitettävyyden välistä suhdetta olettaen, että yksittäisten yhteyksien vahvuuksissa on jonkin verran vaihtelua.