Lo studio BrainMAP-DBS: analisi della rete cerebrale utilizzando la risonanza magnetica 7-tesla e la magnetoencefalografia per la stimolazione cerebrale profonda (BRAINMAP-DBS)

Profonda stimolazione cerebrale per la malattia di Parkinson e tremore essenziale L'effetto della stimolazione cerebrale profonda (DBS) si basa sulla modulazione delle reti cerebrali motorie disfunzionali.1,2 In media, si ottiene il miglioramento del 50% del motore, utilizzando valutazioni motorie standardizzate. Tuttavia, circa il 20% dei pazienti mostra un beneficio insufficiente, con un miglioramento inferiore al 30 %.3,4 Per migliorare questi risultati, sono necessari un migliore posizionamento degli elettrodi e selezione della programmazione dei parametri elettrici DBS.5 Ciò richiede una visualizzazione più avanzata delle intricate reti motorie; Sia anatomici (MRI 7-Tesla) che funzionali (MEG) .11,12,13 Gli impianti DBS attuali si basano su scansioni MR 1.5 o 3- Tesla. La risoluzione di queste scansioni, tuttavia, non è sufficiente per visualizzare le reti cerebrali, impedendo il posizionamento preciso degli elettrodi direttamente nelle parti motorie all'interno del nucleo cerebrale piccolo (dimensione di un chicco di caffè). Oltre al posizionamento dell'elettrodo guidato da MRI 7-Tesla, la programmazione sarà diretta a influenzare le aree motorie corticali, applicando MEG, con conseguente riduzione complessiva dell'attività della rete disfunzionale; Invece del modello "un cervello" per tutti, DBS diventa così specifico del paziente, focalizzato sulla propria rete cerebrale.

Analisi della rete cerebrale utilizzando la risonanza magnetica 7-tesla e i protocolli MRI e MEG 7-Tesla già sviluppati dal nostro gruppo e riportati in (cinque) studi verranno applicati. 6,7,8,9,10 In questi studi abbiamo mostrato una visualizzazione non distorta delle reti cerebrali usando la risonanza magnetica a 7-tesla e MEG nei pazienti con malattia di Parkinson sottoposti a DBS e il potenziale per aumentare il miglioramento del funzionamento motorio di almeno il 10%. L'analisi della rete MRI a 7-tesla, generata combinando la risonanza magnetica ponderata di T2 e diffusione, mostra le suddivisioni (colorate) del nucleo cerebrale e le proiezioni corticali associate. L'analisi della rete MEG, generata dalle registrazioni MEG, mostra quali regioni corticali sono interessate (aumento o diminuzione dell'attività, risultando in colori diversi) per ciascuno dei quattro singoli contatti elettrodi. La co-registrazione della rete MRI 7-Tesla, la rete MEG e la CT Scan verranno eseguite per una precisa localizzazione degli elettrodi. Il risultato mostrerà in quale suddivisione si trova il contatto dell'elettrodo DBS (posizionamento), a cui l'area corticale i progetti di suddivisione e quali modelli di attività e cambiamenti ivi sono indotti sulle aree corticali (attivazione) .16 I punteggi dei test clinici del contatto degli elettrodi saranno quindi correlati (analisi di regressione) con l'analisi della rete. Poiché l'intera analisi della rete verrà visualizzata integrata sulla MRI, sono possibili sia analisi individuali che analisi di gruppo (co-registrazione di reti di più pazienti), nonché applicazione per l'autoencoder variabile. La posizione e la programmazione DBS basate sulla risonanza magnetica 7-tesla e l'analisi della rete MEG verranno utilizzate per ottimizzare il risultato per effetti clinici benefici (soppressione di tremore, bradykinesia, rigidità) con una minimizzazione degli effetti collaterali (apatia, discorso) .15

Per ogni paziente, la registrazione totale MEG richiederà 55 minuti. Nove brevi periodi di stimolazione unilaterale saranno eseguiti con uno degli otto singoli contatti elettrodi e una registrazione durante DBS OFF in una sequenza randomizzata. L'effetto del DBS sulla funzione motoria (tremore, bradykinesia, rigidità, linguaggio) è generalmente immediato e il tempo di valutazione è breve (minuti). Le impostazioni DBS possono essere temporaneamente regolate durante le registrazioni MEG insieme alla valutazione clinica.

Al completamento di questo processo per tutti e otto i contatti dell'elettrodo, viene eseguita l'analisi della rete e mostrerà il contatto dell'elettrodo DBS (sinistra e destra) che (esclusivamente) modula la rete cerebrale motoria. Quando il Contatto degli elettrodi (programma DBS) che il paziente aveva prima dell'iscrizione differisce dal nuovo "Programma guidato dalla rete cerebrale" come determinato dall'analisi della rete, questo nuovo programma viene aggiunto al sistema DBS. Nel nuovo programma, i margini per la regolazione dell'ampiezza di stimolazione sono impostati per gli aggiustamenti successivi. Il programma che il paziente aveva prima dell'iscrizione allo studio viene mantenuto come uno dei programmi sul dispositivo, che può essere usato come "opzione di fuga" dal paziente se le configurazioni appena programmate hanno un effetto clinico peggiore. Dopo tre mesi di valutazioni standardizzate DBS guidate dalla rete delle competenze motorie (UPDRS-III, Tetras) verranno eseguite nell'ambito delle cure cliniche standard.

Questo progetto è stato impostato in stretta collaborazione con cinque pazienti con DBS (ricercatori del paziente). Hanno identificato la ripresa dell'indipendenza come l'effetto più importante del DBS. Hanno citato il possibile impatto negativo sulla cognizione e l'umore (memoria, discorso, apatia) di DBS come loro principale preoccupazione. Le preoccupazioni discusse sono state direttamente incorporate nel progetto.

Solo pochi centri in tutto il mondo hanno una risonanza magnetica e MEG a 7-tesla e quindi renderemo disponibili queste conoscenze attraverso un database ad accesso aperto. Applicheremo le analisi di rete nel vanocoder variabile (algoritmo di apprendimento automatico, un tipo di intelligenza artificiale) per generare modelli di previsione con l'aiuto del Dipartimento di ingegneria e fisica biomedica (Amsterdam UMC) .14 L'applicazione dell'apprendimento automatico a un gran numero di scansioni ad alta risoluzione consente alla generazione di modelli di rete (Connectomes) di indicare la posizione e la programmazione più ottimali per l'elettrodo DBS; direttamente applicabile per tutti i gruppi DBS.

Fattibilità Ogni paziente sottoposto a DBS presso l'Amsterdam UMC subisce una risonanza magnetica preoperatoria a 7-tesla nell'ambito delle cure standard. Nei scandi MR 450 7-Tesla che abbiamo eseguito fino ad oggi, raramente abbiamo incontrato impianti non compatibili o claustrofobia grave. Ogni paziente è sottoposto a screening con un questionario sulla sicurezza della risonanza magnetica e un rilevatore di metalli MRI (prevenzione di assumere materiali ferromagnetici nella risonanza magnetica). La risonanza magnetica 7-tesla è una tecnica non invasiva che non provoca dolore e, soprattutto, i campi elettromagnetici non producono danni tissutali di alcun tipo. Il sistema MR può fare forte tocco, bussare o altri rumori a volte durante la procedura. Vengono forniti tappi per le orecchie per prevenire problemi che possono essere associati al rumore generato dallo scanner. In ogni momento, il paziente sarà (visivamente) monitorato e sarà in grado di comunicare con il tecnologo MRI a 7 tesla utilizzando un sistema di interfono. Il paziente può (richiedere) interrompere l'acquisizione in qualsiasi momento utilizzando il pulsante (tenere in mano dal paziente continuamente).

Le registrazioni MEG non sono invasive, senza dolore e hanno rischi trascurabili. Sulla base della letteratura e della nostra esperienza in 40 pazienti, le registrazioni MEG durante DBS sono una procedura sicura. I partecipanti faranno un viaggio in più al Meg Center situato nella posizione Vumc. La modifica delle impostazioni DBS entro i limiti indicati nel singolo passaporto DBS dei partecipanti è una procedura priva di rischio. Poiché i partecipanti sono in posizione supina su un letto comodo durante le registrazioni MEG, non ci aspettiamo che sperimentino sintomi motori inaccettabili.

Per la prima volta l'analisi della rete MRI e della rete MEG 7-Tesla verrà combinata in una moda prospettica su larga scala; Presentazione del posizionamento e della programmazione degli elettrodi DBS guidati dalla rete specifica per il paziente.