DBS használata a bazális ganglion diszfunkció vizsgálatára

Ez a tanulmány azt vizsgálja, hogy a bazális ganglionok hogyan járulnak hozzá az olyan motoros tünetekhez, mint a tremor, a bradykinesia és az izomgörcs. Az alapkutatási megközelítés a bazális ganglionokban lévő helyekről történő rögzítés, amíg a betegek tünetmentesek, így az agyhullámok összefüggésbe hozhatók a tünetekkel/jelekkel. Ha egy agyhullám szerepet játszik a kóros mozgás egy aspektusában, a kutatók megpróbálhatják megerősíteni központi szerepét a működésben vagy a diszfunkcióban azáltal, hogy stimulációt váltanak ki, amikor az agyhullám észlelhető. A stimulációhoz a kutatók ugyanazt a nagyfrekvenciás stimulációt (130 Hz) fogják használni, mint a klinikai gyakorlatban, mivel úgy gondolják, hogy ez hatékonyan elnyomja az idegi aktivitást a stimuláció helyén. Így, ha egy adott agyhullám fontos például a mozgás lassításában, akkor a stimuláció kiváltásával, amikor ez az agyhullám nagy, a mozgási sebesség növelése várható.

A kutatók azt remélik, hogy ezt a kétlépcsős eljárást követik, hogy dokumentálják a bazális ganglion helyekről felvett különböző agyi tevékenységek szerepét a remegés, az izomgörcs és a mozgás lassúságában Parkinson-kórban, disztóniában és esszenciális tremorban szenvedő betegeknél. Ez a tanulmány azért fontos, mert ha a kutatók stimulációval módosíthatják az agyműködést és a specifikus tüneteket, akkor a visszacsatolás-vezérelt stimuláció ugyanazt a formáját használhatják potenciálisan hatékony kezelési formaként. A hagyományos mélyagyi stimuláció állandóan fix stimulációt biztosít. Például a kutatók kezdik belátni, hogy a bazális ganglionok béta-aktivitásának visszajelzésén alapuló stimuláció-szabályozás előnyökkel járhat a Parkinson-kór kezelésében a hagyományos, folyamatos mélyagyi stimulációval szemben.

A jelenlegi tanulmány különösen azokra a folyamatokra vonatkozik, amelyek hozzájárulnak a lassúsághoz (bradikinézia) és merevséghez (merevség) Parkinson-kórban, Parkinson-kórban és esszenciális tremorban szenvedő betegek tremorjához, valamint dystóniában szenvedő betegek izomgörcséhez.

1. Bradykinesia és rigiditás Parkinson-kórban szenvedő betegeknél Itt már bizonyíték van arra, hogy ezek a károsodások a béta frekvenciasáv aktivitásával (~20 Hz) társulnak. Az ilyen aktivitás eltúlzott azoknál a Parkinson-kóros betegeknél, akiknél ez több száz milliszekundumos vagy akár tovább tartó kitörésekben jelentkezik. A kutatók már kimutatták, hogy azáltal, hogy a béta-aktivitás kitörésekor stimulációt váltanak ki, felgyorsíthatják a mozgást és csökkenthetik a merevséget. Jelen tanulmányban az érdekli őket (a) annak meghatározása, hogy szükséges-e a béta-kitörések kiváltása, vagy elegendő-e a béta-aktivitás általános szintjének kiváltása (vagyis hosszú időszakokra átlagolva), (b) ha ez szükséges az összes béta burst kiváltásához, vagy csak a hosszú sorozatokat kell kiváltani, és (c) hogy a kiváltott stimuláció is elegendő-e a tremor szabályozásához, ha ez egyidejű tünet. Ezeknek a kérdéseknek a feltárása megköveteli a vizsgálóktól, hogy rögzítsék a bazális ganglionok aktivitását (a visszacsatolást) és stimulációt adjanak, miközben változtatják a visszacsatolás feldolgozási módját a stimuláció elindítása előtt. Mérnöki szempontból a vizsgálók változtatják a jelfeldolgozási és vezérlési politika részleteit, de a végeredmény visszacsatolás-vezérelt mély agyi stimuláció. Vegye figyelembe, hogy a vizsgálók csak a stimuláció amplitúdóját szabályozzák egy klinikailag meghatározott tartományon belül, amely nem haladja meg a mellékhatások kiváltásának küszöbét. Az összes többi stimulációs paraméter, pl. frekvencia és pulzusszélesség standard klinikai beállításokra vannak állítva.
2. Tremor Parkinson-kórban szenvedő betegeknél vagy esszenciális tremor Itt kevésbé robusztusak azok a bizonyítékok, amelyek szerint a tremor diszkrét agyi tevékenységgel van összefüggésben, bár feltételezhető, hogy a tremor frekvenciáján (és ennek kétszerese) szerepet játszik. Olyan körülmények között, amikor a vizsgálók nem biztosak abban, hogy pontosan milyen tényezők okozzák az állapotot, jelen esetben a tremort, gyakran gépi tanulást alkalmaznak a releváns tényezők megtalálására. Itt a kutatók azt javasolják, hogy rögzítsék mind a bazális ganglionok aktivitását, mind a végtagok remegését, majd ezeket gépi tanulási algoritmusokkal használják fel, hogy rámutassanak a remegéshez kapcsolódó jelek releváns kombinációjára. A kutatók ezt követően a gépi tanulási kimenetek segítségével elmondhatják nekik, hogyan lehet stimulációval kontrollálni a tremort, miközben lekérdezik a gépi tanulási algoritmusok bemeneteinek súlyát, hogy kikövetkezzék a fontos összefüggéseket. A fentiekhez hasonlóan feltárják az optimális jelfeldolgozási és vezérlési politika részleteit, de a végeredmény a visszacsatolás által vezérelt mély agyi stimuláció. Vegye figyelembe, hogy csak a stimuláció amplitúdóját szabályozzák egy klinikailag meghatározott tartományon belül, amely nem haladja meg a mellékhatások kiváltásának küszöbértékét. Az összes többi stimulációs paraméter, pl. frekvencia és pulzusszélesség standard klinikai beállításokra vannak állítva.
3. Önkéntelen izomgörcsök disztóniában szenvedő betegeknél Itt is viszonylag gyenge bizonyíték arra, hogy az izomgörcsök diszkrét agyi tevékenységgel járnak, bár feltételezhető, hogy a théta-alfa frekvenciákon (5-12 Hz) előforduló oszcillációk szerepet játszanak. A kutatók azt javasolják, hogy rögzítsék mind a bazális ganglionok aktivitását, mind az izomgörcsöket a testben, majd ezeket gépi tanulási algoritmusokkal használják fel, hogy rámutassanak az izomgörcsökkel kapcsolatos jelek releváns kombinációjára. Ezután a gépi tanulási kimenetek segítségével elmondhatják nekik, hogyan lehet stimulációval kontrollálni az izomgörcsöket. A fentieknek megfelelően a kutatók feltárják az optimális jelfeldolgozási és szabályozási politika részleteit, de a végeredmény visszacsatolásvezérlésű mély agystimuláció. Vegye figyelembe, hogy csak a stimuláció amplitúdóját szabályozzák egy klinikailag meghatározott tartományon belül, amely nem haladja meg a mellékhatások kiváltásának küszöbértékét. Az összes többi stimulációs paraméter, pl. frekvencia és pulzusszélesség standard klinikai beállításokra vannak állítva.

Alkalmazandó technikák

Tanulmányunk számos technikát tartalmaz:

1. A tünetek értékelése standard klinikai értékelési skálák segítségével, pl. III. rész motoros UPDRS, Egységes diszkinézia értékelési skála és beszédérthetőségi teszt Parkinson-kórban szenvedő betegeknél; Esszenciális tremor értékelési skála (TETRAS) esszenciális tremorban szenvedő betegek számára; Burke Fahn Marsden dystonia minősítési skála (BFMDRS) dystonia betegek számára. Ezen értékelési skálák teljesítményét off-line áttekintés céljából videóra is rögzítjük.
2. Perifériás tünetek, például mozgási sebesség, remegés vagy görcs rögzítése standard technikákkal, pl. a joystick mozgási sebességének rögzítése, a tremor és egyéb mozgások rögzítése a bradykinesia akinesia koordinációs teszttel, a bőrre szerelt gyorsulásmérőkkel és a bőrre szerelt elektromiográfiás (EMG) elektródákkal. Ezek szabványos, nem invazív technikák, amelyek nem járnak kellemetlen érzéssel.
3. EEG felvétele fejbőrre szerelt elektródákkal. Ez egy szabványos, nem invazív technika, amely nem jár semmilyen mellékhatással vagy kellemetlenséggel. Azonban van egy fontos figyelmeztetés, hogy mivel ezeknek a betegeknek a fejbőrén a közelmúltban műtéti hegek lesznek, ezeket elkerülni kell, így a sebtől számított 4 cm-en belül nem kell elektródát felhelyezni a fejbőrre. Az EEG elektródákat vezető pasztával kell felvinni a fejbőrre, amely segít a helyén tartani. Néha, ahol a szőr hiánya megengedi, a nyomozók szalaggal megerősítik ezt a rögzítést. Nem nő a fertőzés kockázata a külső mélyagyi stimulációs vezetékekkel rendelkező betegek felvételei miatt.
4. A mélyagyi stimulációs elektródák mélységi EEG felvételei, amelyeket a sebész ültetett be az agyba standard klinikai terápia céljából. Mivel ezek passzív felvételek, nincsenek mellékhatások vagy kockázatok. A 2-4. pontban szereplő felvételek olyan erősítővel készülnek, amely rendelkezik az Európai Gazdasági Térségen belül értékesített termékek egészségügyi, biztonsági és környezetvédelmi szabványainak való megfelelőséget jelző tanúsító jelzéssel.
5. A sebész által az agyba beültetett mély agyi stimulációs elektródák stimulálása standard klinikai terápia céljából. A stimuláció mellékhatásokat okozhat, ezért fontos, hogy a kutatók csak a klinikailag használt formában és tartományban adják le a stimulációt, ügyelve arra, hogy mindig a mellékhatások küszöbértéke alatt maradjanak. A stimulációt egy házon belüli, egyedi gyártású, elemmel ellátott, kétoldalú stimulátoron keresztül szállítják, amely nem rendelkezik az Európai Gazdasági Térségen belül értékesített termékek egészségügyi, biztonsági és környezetvédelmi szabványainak való megfelelést jelző tanúsító jelzéssel. Ennek ellenére teljes biztonsággal tesztelték. A stimulátor annak frissített változata, amelyet számos korábbi tanulmányban használtak, amelyeket az Egyesült Királyság Nemzeti Kutatási Etikai Szolgálat Bizottsága, South Central felülvizsgált és jóváhagyott. A stimuláció visszatérésének lehetővé tétele érdekében az erősítőt a nyakon elhelyezett vezetőbetéthez kell csatlakoztatni. Az időszakos impedancia-ellenőrzések biztosítják, hogy a kapcsolat robusztus legyen a kísérlet során.

A résztvevők választhatnak, hogy a vizsgálatot a motoros tüneteik szokásos gyógyszere nélkül, vagy ilyen gyógyszerrel végzik-e el. Az előbbi állapotot előnyben részesítik az idegi tevékenységek és a tünetek közötti kapcsolat kimutatásának elősegítésére, de a végső döntés a résztvevőn múlik. A tünetek rosszabbak lehetnek a gyógyszerszedés átmeneti megszakításával, de a legtöbb résztvevő ismeri ezt, mert elfelejtette a gyógyszerét a múltban, vagy azért, mert a gyógyszerét ideiglenesen visszavonták egy klinikai teszt, például a levodopa-kihívás részeként.