Registrazione e modulazione dell'attività cerebrale attraverso elettrodi di stimolazione cronicamente impiantati (PDNeuroGAIT)

Questo progetto cerca di sfruttare le ultime innovazioni tecnologiche per il monitoraggio e la modulazione cronica degli stati motori e neurali, al fine di caratterizzare in modo completo i deficit dell'andatura nel PD e per chiarire i miglioramenti introdotti dalla variazione dei parametri DBS.

Le osservazioni risultanti stabiliranno una comprensione rigorosa che aprirà nuove strade per la progettazione di strategie DBS basate sull'evidenza e clinicamente rilevanti per i deficit locomotori.

I progressi nell'uso di impianti neurali per la neuromodulazione elettrica delle strutture cerebrali profonde stanno aprendo l'opportunità unica di sondare la funzione dei circuiti disfunzionali in pazienti affetti da una varietà di disturbi neurologici.

Ad oggi, gli esperimenti acuti che utilizzano impianti di stimolazione cerebrale profonda (DBS), sia in situazioni intraoperatorie che subito dopo l'intervento chirurgico durante le cosiddette fasi di "esternalizzazione", hanno ampliato la nostra comprensione delle firme neurali che sono alla base di varie funzioni motorie e non sintomi motori e ha contribuito a ottimizzare i parametri terapeutici per affrontare meglio tali menomazioni.

Ad esempio, le terapie DBS nella malattia di Parkinson (PD) sono state perfezionate negli ultimi decenni sulla base di esperimenti che sinergicamente (i) hanno esplorato e scoperto le letture delle prestazioni di movimento in risposta al cambiamento dei parametri di stimolazione, (ii) hanno identificato il biomar neurale sottostante -ker dalle registrazioni dei potenziali di campo locali e persino (iii) hanno testato strategie a circuito chiuso in grado di adattarsi in tempo reale ai requisiti specifici del paziente in corso.

Questi progressi sono stati principalmente applicati (e hanno avuto successo per) migliorare i segni motori dell'arto superiore come tremore, bradicinesia o rigidità, che mostrano risposte dinamiche rapide ai cambiamenti nella neuromodulazione (nell'intervallo di minuti) e che possono essere studiato nel contesto di semplici compiti motori utilizzando tecnologie tethered mentre i pazienti sono seduti o sdraiati in sicurezza. Queste condizioni hanno reso possibile modificare, mettere a punto e ottimizzare i parametri sulla base di semplici letture facilmente misurabili della disfunzione motoria e nel frattempo registrare i segnali neurali con artefatti minimi legati al movimento.

Sfortunatamente, queste semplici condizioni sperimentali non si applicano allo studio dei segni motori assiali, come la locomozione:

• In primo luogo, i deficit dell'andatura sono sfaccettati e ad alta dimensione: le menomazioni non sono limitate solo ai movimenti delle gambe, ma influenzano anche in modo critico la coordinazione degli arti inferiori e superiori, le oscillazioni del tronco e del bacino, la postura e l'equilibrio. La loro caratterizzazione richiede quindi tecnologie di rilevamento multimodale e metodi analitici in grado di catturare tutti questi aspetti contemporaneamente.
• In secondo luogo, l'emergere di disavanzi chiave (ad es. congelamento dell'andatura) richiede compiti comportamentali fisicamente più impegnativi e potenzialmente rischiosi, che spesso comportano ripetizioni multiple di passi avanti e indietro su lunghe distanze o in ambienti che assomigliano alle attività della vita quotidiana. I pazienti devono quindi essere in condizioni mediche stabili e le tecnologie devono consentire l'esecuzione wireless delle registrazioni degli stati motori e neurali.
• Infine, la modulazione dei circuiti neurali che controllano l'andatura ha dinamiche considerevolmente più lente in risposta ai cambiamenti nella DBS (fino a diverse ore10) rispetto a quelli che controllano la funzione dell'arto superiore, imponendo quindi che i protocolli di monitoraggio e messa a punto siano allungati nel tempo per catturare adeguatamente tali cambiamenti.

Questi requisiti pongono in modo critico la necessità di studiare e ideare nuove terapie per i deficit dell'andatura nello stato cronico, utilizzando tecnologie multimodali in grado di registrare contemporaneamente stati neurali e motori da remoto, in tempo reale e per lunghi periodi di tempo.

Questo progetto cerca di sfruttare le ultime innovazioni tecnologiche per il monitoraggio e la modulazione cronica degli stati motori e neurali, al fine di caratterizzare in modo completo i deficit dell'andatura nel PD mentre i pazienti eseguono una serie di attività della vita quotidiana e per chiarire i miglioramenti apportati variando i parametri DBS .

Negli anni passati, una manciata di studi ha proposto nuovi paradigmi di stimolazione mirati a indirizzare meglio i circuiti neurali che controllano la funzione degli arti inferiori durante l'andatura11. Ad esempio, le strategie hanno cercato di combinare diverse frequenze DBS o di mirare a obiettivi anatomici aggiuntivi. Tutti hanno evidenziato risultati promettenti, ma tutt'altro che conclusivi. Ad oggi, gli approcci rilevanti per l'intervento terapeutico rimangono poco chiari e i meccanismi sottostanti in gran parte sconosciuti. I pazienti continuano a sopportare difficoltà di deambulazione debilitanti per tutta la vita che compromettono gravemente la loro mobilità quotidiana e indipendenza: spesso si sentono insicuri all'idea di lasciare le loro case a causa dell'elevato rischio di lesioni da caduta, richiedono assistenza personale e in generale vedono la loro qualità di vita notevolmente diminuito.