STNから記録されたLFPの長期安定性とDBSの効果

研究デザインと方法

両側 STN DBS が予定されている 10 人のパーキンソン病 (PD) 患者が募集されます。 DBS手術は、標準的な臨床ケアに従って、トロント西部病院で行われます。 試験は、トロント ウェスタン病院とウエスタン大学のロンドン モビリティ研究所の 2 つの施設で実施されます。 外部化された DBS リードを使用した STN LFP の記録、さまざまな周波数での DBS が PD の運動症状に及ぼす影響は、Toronto Western Hospital で研究されます。 全身の運動学的測定、LFP の記録、および異なる刺激周波数の影響による歩行研究は、ウェスタン大学のロンドン モビリティ研究所 (LML) で研究されます。

研究タイムラインの概要を表 (2、3、4) に示します。 実行される標準化されたタスクを表 5 に示します。STN の両側 DBS を有する 10 人の PD 患者を、各部位 (TWH および LML) への 6 回の訪問で調査します。 また、LML への手術前のベースライン訪問もあります。 患者は、DBS 電極移植の 1 ～ 3 日後、パルス発生器の移植前に最初に検査されます。 外部化されたリードを使用して、両側 STN DBS 電極から局所電界電位 (LFP) が記録されます。 DBS リードの内在化とパルス発生器 (Activa PC+S、Medtronic) の挿入後、患者は 2 回目の訪問のために 7 日以内に調査されます。 DBSプログラミングは、通常の臨床診療に従って実行されます。 その後、患者は術後1、2、6、12、および18か月で研究されます。

トロント西部病院 (TWH) での訪問

訪問 1 (TWH V1) この訪問では、慢性記録と比較するために「急性」LFP 記録を取得します。 患者は、電極挿入後 1 ～ 3 日で、リードが体外に出されたときに検査されます。 これは 2 日間の通院で、1 日は服薬していない状態 (一晩の離脱) で、1 日は服薬中の状態でランダムな順序で行われます。 投薬中の状態では、レボドパ誘発性ジスキネジアを記録する可能性を高めるために、術前の最初の朝のレボドパ相当量の 125% が投与されます。

ステージ 1: LFP は、頭皮 EEG と共に両側 STN DBS 電極から記録されます。 図3は、記録セットアップの概略図を示しています。 表面筋電図と加速度計を使用して、振戦の頻度とレボドパ誘発ジスキネジアを測定します。 mUPDRS および Rush ジスキネジア評価尺度 (投薬記録用) 評価が実行されます。 記録は安静時と、患者が自分のペースで手首を伸ばす動きを行っている間に行われます。 安静時のθ、β、およびγバンド振動における最も顕著なLFP周波数、および投薬状態のオンとオフの両方での随意運動中（個別化された周波数）、および最も顕著なLFP振動を示す電極接触は、患者ごとに決定されます. この録音には約 1 時間かかります。 データ分析には 1 時間かかり、その間患者は休憩します。

ステージ 2: これには刺激が伴います。 DBS リードは、DBS 中に LFP を記録するために、外部刺激装置と「フィルター DBS」デバイスに接続されます。 4 つの DBS 条件がランダムな順序で調査されます。

1) 高周波 (185 Hz)、2) 安静時に最大ピークを示す個別化された γ 周波数 (ステージ 1 から決定される γ 安静)、3) 随意運動で最大の増加を示す個別化された γ 周波数 (γ 運動、から決定される)ステージ 1)、および 4) 刺激なし。 連絡先は、術後 MRI からの STN 内の位置に基づいて選択されます。これには、私たちのグループによって公開された方法と、随意運動による θ および β バンドの最大変化 (ステージ 1) が使用されます。 選択された DBS コンタクトはカソード (-ve) になり、アノード (+ve) は胸壁に配置された表面電極になります (治療 DBS で一般的に使用されるコンタクト -ve、ケース +ve と同様)。 パルス幅は 100 μs に設定され、電流は悪影響を誘発することなく最大 (最大 5 mA) になります。 LFP は、バイポーラ モンタージュを使用して DBS に使用されるものに隣接する電極接点から記録され、刺激アーティファクトの最大のキャンセルを可能にします。 たとえば、連絡先 2 が DBS に使用されている場合、LFP は連絡先 1 と 3 から記録されます。 各条件について、休息中のDBSの15分に続いて、DBSが維持されている間にmUPDRS評価が行われます。 患者はビデオ録画され、盲目の評価者による mUPDRS および Rush ジスキネジア評価尺度のその後のビデオ採点が可能になります。 左右の STN の DBS はランダムな順序で調査されます。片側は午前、片側は午後です。 研究者は、STN DBS の PD 患者でより複雑な刺激プロトコルを実行しました。

翌日は2日目の学習です。 手順は、投薬状態 (オンまたはオフ投薬) がランダムな順序で 1 日目と交互になることを除いて、1 日目と同じです。

訪問 2 (TWH-V2) この訪問の目的は、DBS プログラミングが開始される前に、Activa PC+S デバイスから早期の LFP 記録を取得することです。 この訪問は、DBS リードの内在化およびパルスジェネレータ (Activa PC+S) の挿入から 4 週間以内に実施されますが、プログラミングのためにパルスジェネレータをオンにする前です。 訪問は 2 日間にわたって行われます。1 日はオフの投薬状態 (一晩の離脱) で、もう 1 日はオンの投薬状態で、訪問 1 のようにランダムな順序で行われます。 手順は、4 つの異なる刺激条件のテストに続いて、安静時および自己ペースの手首伸展タスク中に LFP を記録する訪問 1 と同じです。 ただし、LFP は、リアルタイム アップリンク モードを使用して Activa PC+S デバイスから記録され、外部化されたリードからではなく、継続的な記録を提供します。 デバイスは、各電極 (右と左) からの接触の 1 つのペアからの LFP のみを一度に記録できるため、安静状態での記録でオンとオフの薬の違いを調べることができるため、研究者は「モンタージュ スイープ」モードを使用します。各電極のバイポーラ接点 (0-1、1-2、2-3、0-2、0-3、1-3) の 6 つの可能な組み合わせすべてから交互に記録します。 手首の伸展運動については、Visit 1 の結果に基づいて、ドーパミン作動薬と随意運動で γ 振動に最大の変化をもたらしたバイポーラ コンタクト ペアから記録します。 さらに、隣接する接触ペアから記録します。 たとえば、コンタクト 1-2 が最大の γ ピークを生成することが判明した場合、コンタクト 1-2 とコンタクト 0-1 および 2-3 が調査されます。 電極接点の各ペアは、別々の実行で調査されます。 LFP 記録 (ステージ 1) に続いて、個々の γ 周波数ピークが確立されます。 ステージ 2 では、高頻度、γ レスト、γ 運動、無刺激での DBS の効果を調査し、Visit 1 のように刺激中に STN LFP を記録してランダムな順序で評価します。 ビジット 1 で DBS に使用されたのと同じコンタクトが、モノポーラ モンタージュで使用されます (コンタクト -ve、ケース +ve)。 訪問 1 で説明されているように、バイポーラ モンタージュを使用して隣接する連絡先から LFP を記録しますが、LFP 記録には、埋め込まれた Activa PC+S デバイスを使用します。

３～６回目の訪問（ＴＷＨ－Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５およびＶ６） ２回目の訪問の後、通常の臨床診療に従ってＤＢＳプログラミングを実施し、完了するまでに約２～４週間かかる。 その後、患者は手術後 2、6、12、および 18 か月で調査されます。 評価手順は、「高」周波数の刺激設定が、185 Hz ではなく、臨床的利益のために患者が通常使用する設定 (130 ～ 185 Hz) であることを除いて、Visit 2 の場合と同じです。

London Mobility Laboratory (Western University) への訪問 訪問 1 は手術前に行われ、投薬状態と投薬状態でのベースラインの歩行と運動学的測定データを取得します。 訪問 2、3、および 7 の場合、TWH 訪問は、ロンドン モビリティ研究所が訪問する 1 ～ 5 日前に行われます。 ロンドン モビリティ研究所の訪問で使用される γ 周波数刺激は、対応する TWH 訪問から決定される「γ 運動」周波数になります。