Utilisation de DBS pour sonder le dysfonctionnement des ganglions de la base

Cette étude examine comment les ganglions de la base contribuent aux symptômes moteurs comme les tremblements, la bradykinésie et les spasmes musculaires. L'approche de recherche fondamentale consiste à enregistrer à partir de sites dans les ganglions de la base pendant que les patients sont symptomatiques, afin que les ondes cérébrales puissent être corrélées avec les symptômes/signes. Une fois qu'une onde cérébrale est impliquée dans un aspect du mouvement anormal, les chercheurs peuvent essayer de confirmer son rôle central dans la fonction ou le dysfonctionnement en déclenchant une stimulation chaque fois que l'onde cérébrale est captée. Pour la stimulation, les chercheurs utiliseront la même stimulation à haute fréquence (130 Hz) que celle utilisée en clinique, car on pense qu'elle supprime efficacement l'activité neuronale au site de stimulation. Ainsi, si une onde cérébrale donnée est importante, par exemple, pour ralentir un mouvement, alors en déclenchant une stimulation chaque fois que cette onde cérébrale est importante, on peut s'attendre à ce que la vitesse de déplacement soit augmentée.

Les chercheurs espèrent suivre cette procédure en deux étapes pour documenter le rôle des différentes activités cérébrales captées à partir des sites des ganglions de la base dans le tremblement moteur, les spasmes musculaires et la lenteur des mouvements chez les patients atteints de la maladie de Parkinson, de dystonie et de tremblement essentiel. Cette étude est importante, car si les chercheurs peuvent modifier la fonction cérébrale et des symptômes spécifiques avec une stimulation, ils peuvent utiliser la même forme de stimulation contrôlée par rétroaction comme forme de traitement potentiellement efficace. La stimulation cérébrale profonde conventionnelle délivre une stimulation fixe tout le temps. Par exemple, les chercheurs commencent à voir que le contrôle de la stimulation basé sur la rétroaction de l'activité bêta dans les ganglions de la base peut présenter des avantages par rapport à la stimulation cérébrale profonde continue conventionnelle dans le traitement de la maladie de Parkinson.

La présente étude s'intéresse particulièrement aux processus contribuant à la lenteur (bradykinésie) et à la rigidité (raideur) chez les patients atteints de la maladie de Parkinson, aux tremblements chez les patients atteints de la maladie de Parkinson et du tremblement essentiel, et aux spasmes musculaires chez les patients atteints de dystonie.

1. Bradykinésie et rigidité chez les patients atteints de la maladie de Parkinson Ici, il existe déjà des preuves que ces déficiences sont associées à l'activité de la bande de fréquence bêta (~ 20 Hz). Une telle activité est exagérée chez les patients atteints de la maladie de Parkinson chez qui elle se manifeste par bouffées de plusieurs centaines de millisecondes, voire plus. Les chercheurs ont déjà montré qu'en déclenchant une stimulation lors de poussées d'activité bêta, ils peuvent accélérer les mouvements et réduire la rigidité. Dans la présente étude, ils s'intéressent à (a) déterminer s'il est nécessaire de déclencher des sursauts bêta ou s'il suffit de déclencher le niveau général d'activité bêta (c'est-à-dire moyenné sur de longues périodes), (b) s'il est nécessaire pour déclencher toutes les rafales bêta, ou est-ce seulement les longues rafales qui doivent être déclenchées, et (c) si la stimulation déclenchée est également suffisante pour contrôler le tremblement lorsqu'il s'agit d'un symptôme coexistant. L'exploration de ces problèmes nécessite que les enquêteurs enregistrent l'activité des ganglions de la base (la rétroaction) et délivrent une stimulation, tout en faisant varier la façon dont la rétroaction est traitée avant de conduire la stimulation. En termes d'ingénierie, les chercheurs modifient les détails de la politique de traitement et de contrôle du signal, mais le résultat net est une stimulation cérébrale profonde contrôlée par rétroaction. Notez que les enquêteurs ne contrôlent l'amplitude de la stimulation que dans une plage déterminée cliniquement qui ne dépasse pas le seuil pour provoquer des effets secondaires. Tous les paramètres de stimulation restants, par ex. la fréquence et la largeur d'impulsion sont réglées sur les paramètres cliniques standard.
2. Tremblement chez les patients atteints de la maladie de Parkinson ou tremblement essentiel Ici, la preuve que le tremblement est associé à une activité cérébrale discrète est moins robuste, bien que des oscillations à la fréquence du tremblement (et le double) soient suspectées de jouer un rôle. Dans des conditions où les enquêteurs ne sont pas sûrs de la nature exacte des facteurs contribuant à un état, en l'occurrence le tremblement, ils utilisent souvent l'apprentissage automatique pour trouver les facteurs pertinents. Ici, les chercheurs proposent d'enregistrer à la fois l'activité des ganglions de la base et les tremblements dans les membres, puis de les utiliser avec des algorithmes d'apprentissage automatique pour indiquer la combinaison pertinente de signaux associés aux tremblements. Les enquêteurs peuvent ensuite utiliser les sorties d'apprentissage automatique pour leur dire comment contrôler les tremblements avec stimulation, tout en interrogeant les poids des entrées des algorithmes d'apprentissage automatique pour en déduire les relations importantes. Comme ci-dessus, ils exploreront le traitement optimal du signal et les détails de la politique de contrôle, mais le résultat net est une stimulation cérébrale profonde contrôlée par rétroaction. Notez qu'ils ne contrôlent que l'amplitude de la stimulation dans une plage déterminée cliniquement qui ne dépasse pas le seuil pour provoquer des effets secondaires. Tous les paramètres de stimulation restants, par ex. la fréquence et la largeur d'impulsion sont réglées sur les paramètres cliniques standard.
3. Spasmes musculaires involontaires chez les patients atteints de dystonie Ici, la preuve que les spasmes musculaires sont associés à une activité cérébrale discrète est également relativement faible, bien que des oscillations aux fréquences thêta-alpha (5-12 Hz) soient suspectées de jouer un rôle. Les chercheurs proposent d'enregistrer à la fois l'activité des noyaux gris centraux et les spasmes musculaires dans le corps, puis de les utiliser avec des algorithmes d'apprentissage automatique pour souligner la combinaison pertinente de signaux associés aux spasmes musculaires. Ils peuvent ensuite utiliser les sorties d'apprentissage automatique pour leur dire comment contrôler les spasmes musculaires avec stimulation. Comme ci-dessus, les enquêteurs exploreront les détails optimaux du traitement du signal et de la politique de contrôle, mais le résultat net est une stimulation cérébrale profonde contrôlée par rétroaction. Notez qu'ils ne contrôlent que l'amplitude de la stimulation dans une plage déterminée cliniquement qui ne dépasse pas le seuil pour provoquer des effets secondaires. Tous les paramètres de stimulation restants, par ex. la fréquence et la largeur d'impulsion sont réglées sur les paramètres cliniques standard.

Techniques à utiliser

Notre étude fait appel à plusieurs techniques :

1. Évaluation des symptômes à l'aide d'échelles d'évaluation cliniques standard, par exemple l'UPDRS moteur de la partie III, l'échelle d'évaluation unifiée de la dyskinésie et le test d'intelligibilité de la parole chez les patients atteints de la maladie de Parkinson ; l'échelle d'évaluation des tremblements essentiels (TETRAS) pour les patients souffrant de tremblements essentiels ; Échelle d'évaluation de la dystonie de Burke Fahn Marsden (BFMDRS) pour les patients atteints de dystonie. La performance de ces échelles de notation sera également filmée pour un examen hors ligne.
2. Enregistrement des symptômes périphériques tels que la vitesse de déplacement, les tremblements ou les spasmes avec des techniques standard, par ex. enregistrement de la vitesse de mouvement du joystick, enregistrement des tremblements et d'autres mouvements avec le test d'incoordination de l'akinésie bradykinésie, des accéléromètres montés sur la peau et des électrodes électromyographiques (EMG) montées sur la peau. Ce sont des techniques standard non invasives qui n'impliquent aucun effet secondaire d'inconfort.
3. Enregistrement de l'EEG à l'aide d'électrodes montées sur le cuir chevelu. Il s'agit d'une technique standard non invasive qui n'implique aucun effet secondaire ni inconfort. Cependant, il y a une mise en garde importante ici que, comme ces patients auront des cicatrices chirurgicales récentes sur leur cuir chevelu, celles-ci seront évitées afin qu'aucune électrode ne soit appliquée sur le cuir chevelu à moins de 4 cm de toute plaie. Les électrodes EEG sont appliquées sur le cuir chevelu avec une pâte conductrice qui aide à les maintenir en place. Parfois, lorsque le manque de cheveux le permet, les enquêteurs renforcent cet attachement avec du ruban adhésif. Il n'y a pas d'augmentation du risque d'infection due aux enregistrements chez les patients avec des sondes de stimulation cérébrale profonde externalisées.
4. Enregistrements d'EEG en profondeur à partir des électrodes de stimulation cérébrale profonde implantées dans le cerveau par le chirurgien pour une thérapie clinique standard. Comme il s'agit d'enregistrements passifs, il n'y a pas d'effets secondaires ni de risques. Les enregistrements en 2-4 seront effectués à l'aide d'un amplificateur portant une marque de certification indiquant la conformité aux normes de santé, de sécurité et de protection de l'environnement pour les produits vendus dans l'Espace économique européen.
5. Stimulation des électrodes de stimulation cérébrale profonde implantées dans le cerveau par le chirurgien pour une thérapie clinique standard. La stimulation peut provoquer des effets secondaires. Il est donc important que les enquêteurs ne délivrent une stimulation que sous la forme et dans la plage utilisées cliniquement, en veillant à toujours rester en dessous du seuil d'effets secondaires. La stimulation sera délivrée par un stimulateur bilatéral interne, construit sur mesure et alimenté par batterie, qui ne porte pas de marque de certification indiquant la conformité aux normes de santé, de sécurité et de protection de l'environnement pour les produits vendus dans l'Espace économique européen. Néanmoins, il a été entièrement testé en matière de sécurité. Le stimulateur est une version mise à jour de celle utilisée pour plusieurs études antérieures qui ont été examinées et approuvées par le comité du service d'éthique de la recherche nationale du Royaume-Uni South Central. Pour permettre le retour de la stimulation, l'amplificateur est connecté à un coussinet conducteur placé sur le cou. Des vérifications périodiques de l'impédance assureront la robustesse de cette connexion tout au long de l'expérience.

Les participants auront le choix de subir l'étude sans leurs médicaments habituels pour leurs symptômes moteurs ou avec de tels médicaments. Le premier état est préféré pour faciliter la démonstration d'un lien entre les activités neuronales et les symptômes, mais la décision finale appartiendra au participant. Les symptômes peuvent s'aggraver avec le retrait temporaire de médicaments, mais la plupart des participants le savent parce qu'ils ont oublié leur médicament dans le passé ou parce que leur médicament a été temporairement retiré dans le cadre d'un test clinique comme le défi à la lévodopa.