Caratterizzazione delle forme complesse del polso nella stimolazione cerebrale profonda per i disturbi del movimento utilizzando l'EEG e le registrazioni del potenziale del campo locale (CHANNEL DBS)

Il morbo di Parkinson e il tremore essenziale sono disturbi cronici del movimento per i quali non esiste una cura. Quando i farmaci non sono più efficaci, si raccomanda la stimolazione cerebrale profonda (DBS). La DBS standard è un metodo di neuromodulazione che utilizza un semplice impulso monofasico, erogato da un elettrodo per stimolare i neuroni in un'area cerebrale bersaglio. Questo impulso monofasico si diffonde dall'elettrodo creando un ampio campo elettrico che stimola una vasta popolazione neurale. Questo spesso può ridurre efficacemente i sintomi motori. Tuttavia, molti pazienti con DBS sperimentano effetti collaterali - causati dalla stimolazione di neuroni non bersaglio - e un controllo dei sintomi subottimale - causato da una stimolazione inadeguata del bersaglio neurale corretto. La capacità di manipolare attentamente il campo elettrico stimolante per mirare a specifiche sottopopolazioni neurali potrebbe risolvere questi problemi e migliorare i risultati dei pazienti.

È stato dimostrato che modificando la forma d'onda elettrica (es. durata dell'impulso, polarità dell'impulso, ecc.) determinano la selettività spaziale nella stimolazione elettrica funzionale. Inoltre, un recente studio clinico ha esaminato per la prima volta gli effetti acuti della neurostimolazione anodica rispetto alla neurostimolazione catodica in 10 pazienti con PD. Hanno scoperto che le soglie per la stimolazione anodica erano significativamente più alte delle soglie per la stimolazione catodica, il che è in accordo con la ricerca precedente negli studi sugli animali e sui calcoli dei modelli. Tuttavia, hanno anche riportato un migliore effetto clinico della stimolazione anodica rispetto alla stimolazione catodica. Inoltre, uno studio di modellazione di Anderson et al. (2018) hanno scoperto che gli orientamenti delle fibre possono essere mirati in modo selettivo a seconda della forma d'onda dello stimolo (ad es. catodica o anodica). Un altro studio recente ha esaminato l'effetto di un polso bifasico simmetrico attivo in 8 pazienti PD e 3 ET. Hanno scoperto che queste forme del polso producevano significativi miglioramenti clinici rispetto alla forma del polso clinica standard.

Oltre alla forma simmetrica dell'impulso bifasico, il pre-impulso asimmetrico mostra un grande potenziale per il perfezionamento della terapia DBS. Se il pre-impulso è anodico, ha un effetto iperpolarizzante ed è quindi indicato come pre-impulso iperpolarizzante. Se è catodico, ha un effetto depolarizzante vicino all'elettrodo ed è quindi indicato come pre-impulso depolarizzante. Gli studi clinici si sono concentrati sull'uso di forme di impulso asimmetriche per migliorare la selettività spaziale eccitando selettivamente le fibre negli ascoltatori di impianti cocleari13-16. Studi di modellazione indicano che un pre-impulso iperpolarizzante può effettivamente diminuire la soglia per gli assoni e che la soglia è diminuita maggiormente per gli assoni vicini all'elettrodo rispetto agli assoni più lontani. Ciò indica che un pre-impulso iperpolarizzante può aiutare a focalizzare gli effetti della stimolazione sugli assoni vicino all'elettrodo, determinando così un aumento della finestra terapeutica e un controllo dei sintomi potenzialmente più efficiente.

L'evidenza suggerisce che le manipolazioni temporali (cioè l'uso di forme di impulso complesse, in particolare impulsi bifasici e pre-impulsi asimmetrici) del campo di stimolazione possono sfruttare le differenze biofisiche nei neuroni per colpire sottopopolazioni specifiche. In definitiva, ciò può portare a un aumento della finestra terapeutica e/o a un controllo dei sintomi più efficiente. In questo studio, miriamo a comprendere il meccanismo neurale alla base degli effetti clinici osservati manipolando le forme del polso, confrontando le risposte neurofisiologiche alle forme del polso cliniche standard con le risposte alle forme del polso complesse. Ciò sarà ottenuto utilizzando due approcci. Il primo approccio studierà le risposte neurali a diverse forme di impulsi utilizzando registrazioni elettroencefalografiche (EEG). Il secondo approccio studierà le risposte neurali a diverse forme di impulso utilizzando registrazioni intraoperatorie del potenziale di campo locale (LFP). Questo protocollo di studio e ricerca si riferisce solo alla raccolta di registrazioni EEG e LFP in pazienti con DBS. Il protocollo non copre alcuna procedura chirurgica, che avverrà già nell'ambito della normale assistenza clinica del paziente.