Meccanismi DBS e PD personalizzati in tempo reale

Sebbene molte ricerche siano state dedicate alla comprensione della fisiopatologia della malattia di Parkinson (MdP), le dinamiche neurali alla base della manifestazione dei segni motori rimangono poco chiare. Gli studi degli ultimi due decenni hanno mostrato una correlazione tra l’ampiezza e l’incidenza delle oscillazioni della banda beta nel nucleo subtalamico (STN) e nel segmento interno del globo pallido (GPi) con cambiamenti nella bradicinesia e rigidità mediate dalla levodopa o dalla stimolazione cerebrale profonda ( DBS) terapie. Tuttavia, nessuno studio ha dimostrato in modo conclusivo o deduttivo un nesso causale. Una limitazione nello stabilire la causalità è la mancanza di strumenti di neuromodulazione disponibili in grado di controllare in modo prevedibile e preciso l’attività oscillatoria neurale nel cervello umano in tempo reale senza introdurre fattori confondenti. Stabilire questi strumenti e chiarire se la relazione tra le oscillazioni della banda beta e i segni motori della malattia di Parkinson è causale o epifenomeno sono passaggi fondamentali per comprendere meglio la fisiopatologia della malattia di Parkinson e far avanzare la tecnologia DBS personalizzata nella malattia di Parkinson e in altre condizioni cerebrali. Questo studio mira a colmare queste lacune tecnologiche e di conoscenza sfruttando l’ingegneria del controllo del feedback e strumenti di modellazione computazionale specifici del paziente.

In questo studio, i ricercatori utilizzeranno un approccio di controllo neurale, denominato DBS a circuito chiuso con interferenza evocata (eiDBS), per caratterizzare il grado con cui la soppressione controllata o l'amplificazione delle oscillazioni beta nel STN e nel GPi influenza la bradicinesia e la rigidità nel PD (Obiettivo specifico 1, SA1). I ricercatori testeranno l'ipotesi che la soppressione o l'amplificazione indotta dalla stimolazione delle oscillazioni beta nel STN o nel GPi comporterà cambiamenti nelle misure di bradicinesia e rigidità. In SA2, i ricercatori impiegheranno farmaci a base di levodopa per caratterizzare il modo in cui i cambiamenti nella bradicinesia e nella rigidità si riferiscono alle variazioni nell'ampiezza delle oscillazioni neurali nel STN, nel GPi e nella corteccia motoria primaria (MC) evocate dalla stimolazione del STN e del GPi. I ricercatori testeranno l'ipotesi che la somministrazione di levodopa si tradurrà in una diminuzione dell'ampiezza delle oscillazioni beta evocate dalla stimolazione che sarà correlata ai cambiamenti nella bradicinesia e nella rigidità. I risultati di SA2 aiuteranno ad acquisire una maggiore comprensione delle dinamiche del circuito intrinseco associato alla malattia di Parkinson e a identificare strategie per ottimizzare gli algoritmi DBS a circuito chiuso (ad esempio, eiDBS) a fronte della terapia concomitante con levodopa, un passo per portare questa tecnologia nella futura sperimentazione clinica. prove. Combinando i dati elettrofisiologici con l'imaging a risonanza magnetica (MR) ad alta risoluzione (7T) e la modellazione computazionale, i ricercatori esamineranno quali percorsi neuronali specifici collegati a STN e GPi devono essere attivati ​​per evocare risposte neurali specifiche della frequenza in STN, GPi e MC (SA3). I dati di SA3 faranno luce su quali sottocircuiti sono coinvolti nella generazione di oscillazioni beta spontanee e evocate dalla stimolazione nel PD e informeranno su come utilizzare gli elettrocateteri DBS direzionali per modellare i campi elettrici nell'STN e nel GPi per modulare selettivamente l'STN o GPi tramite eiDBS o altre tecniche di neurostimolazione. I ricercatori affronteranno i tre obiettivi di questo studio con la partecipazione di pazienti con malattia di Parkinson impiantati con elettrocateteri DBS nell'STN o GPi, le cui estensioni degli elettrocateteri DBS saranno esternalizzate e collegate alla nostra infrastruttura di registrazione e stimolazione a circuito chiuso.