DBS を使用して大脳基底核機能不全を調査する

この研究では、大脳基底核が振戦、運動緩慢、筋肉痙攣などの運動症状にどのように寄与しているかを調査します。 基本的な研究アプローチは、脳波を症状/徴候と相関させることができるように、患者が症状を示している間、大脳基底核の部位から記録することです。 脳波が異常な動きの側面に関係している場合、研究者は、脳波が拾われるたびに刺激をトリガーすることにより、機能または機能障害におけるその中心的な役割を確認することができます. 刺激には、研究者は臨床で使用されるのと同じ高周波刺激 (130 Hz) を使用します。これは、刺激部位での神経活動を効果的に抑制すると考えられているためです。 したがって、ある脳波が例えば動きを遅くするのに重要である場合、この脳波が大きいときに刺激をトリガーすることで、動きの速度を上げることが期待できます。

研究者らは、パーキンソン病、ジストニア、および本態性振戦の患者の振戦、筋痙攣、および動きの遅さを引き起こす大脳基底核部位からピックアップされたさまざまな脳活動の役割を記録するために、この 2 段階の手順に従うことを望んでいます。 研究者が脳機能と特定の症状を刺激で変えることができるかのように、この研究は重要です。研究者は、潜在的に効率的な治療形態として、同じ形態のフィードバック制御刺激を使用できるからです。 従来の脳深部刺激は、常に一定の刺激を与えます。 たとえば、パーキンソン病の治療において、大脳基底核のベータ活動からのフィードバックに基づく刺激制御が、従来の連続的な脳深部刺激よりも利点がある可能性があることに研究者は気づき始めています。

現在の研究は、パーキンソン病患者の緩慢（運動緩慢）と硬直（こわばり）、パーキンソン病と本態性振戦患者の振戦、ジストニア患者の筋肉痙攣に寄与するプロセスに特に関心があります。

1. パーキンソン病患者の運動緩慢と硬直 ここでは、これらの障害がベータ周波数帯域活動 (~20Hz) に関連しているという証拠がすでにあります。 このような活動は、数百ミリ秒またはそれ以上続くバーストで現れるパーキンソン病患者で誇張されています。 研究者らは、ベータ活動のバーストが発生したときに刺激をトリガーすることで、動きをスピードアップし、剛性を低下させることができることをすでに示しています. 現在の研究では、彼らは (a) ベータ バーストを誘発する必要があるかどうか、またはベータ活動の一般的なレベル (つまり、長期間にわたって平均化) を誘発するのに十分かどうかを判断することに関心があります。すべてのベータバーストを誘発する必要があるのか​​、それとも誘発する必要があるのは単に長いバーストだけなのか、(c) 誘発された刺激は、これが共存する症状である振戦を制御するのに十分かどうか. これらの問題を調査するには、研究者が大脳基底核の活動 (フィードバック) を記録し、刺激を与える前にフィードバックを処理する方法を変えながら、刺激を与える必要があります。 工学的には、研究者は信号処理と制御ポリシーの詳細を変更しますが、最終的な結果は、フィードバック制御された脳深部刺激です。 研究者は、副作用を誘発するための閾値を超えない臨床的に決定された範囲内で刺激の振幅を制御するだけであることに注意してください。 残りのすべての刺激パラメータ。 周波数とパルス幅は、標準的な臨床設定に設定されています。
2. パーキンソン病または本態性振戦患者の振戦 ここでは、振戦が個別の脳活動と関連しているという証拠はあまり強くありませんが、振戦周波数 (およびその 2 倍) での振動が役割を果たしている疑いがあります。 研究者が状態に寄与する要因の正確な性質が不明な場合 (この場合は振戦)、研究者は機械学習を使用して関連する要因を見つけることがよくあります。 ここで研究者は、大脳基底核の活動と手足の振戦の両方を記録し、これらを機械学習アルゴリズムで使用して、振戦に関連する信号の関連する組み合わせを指摘することを提案しています。 研究者は、機械学習の出力を使用して、刺激で振戦を制御する方法を説明し、機械学習アルゴリズムへの入力の重みを調べて、重要な関係を推測できます。 上記のように、彼らは最適な信号処理と制御ポリシーの詳細を調査しますが、最終的な結果はフィードバック制御された深部脳刺激です. それらは、副作用を誘発するための閾値を超えない、臨床的に決定された範囲内の刺激の振幅のみを制御することに注意してください。 残りのすべての刺激パラメータ。 周波数とパルス幅は、標準的な臨床設定に設定されています。
3. ジストニア患者の不随意筋けいれん ここでは、シータアルファ周波数 (5 ～ 12 Hz) での振動が役割を果たしている疑いがありますが、筋けいれんが個別の脳活動に関連しているという証拠も比較的弱いです。 研究者らは、大脳基底核の活動と体内の筋肉のけいれんの両方を記録し、これらを機械学習アルゴリズムで使用して、筋肉のけいれんに関連する信号の関連する組み合わせを指摘することを提案しています。 次に、機械学習の出力を使用して、刺激で筋肉のけいれんを制御する方法を教えてくれます。 上記のように、研究者は最適な信号処理と制御ポリシーの詳細を調査しますが、最終的な結果はフィードバック制御された深部脳刺激です。 それらは、副作用を誘発するための閾値を超えない、臨床的に決定された範囲内の刺激の振幅のみを制御することに注意してください。 残りのすべての刺激パラメータ。 周波数とパルス幅は、標準的な臨床設定に設定されています。

使用するテクニック

私たちの研究には、いくつかの手法が含まれます。

1. パーキンソン病患者におけるパートIII運動UPDRS、ユニファイドジスキネジア評価尺度および発話理解度テストなどの標準的な臨床評価尺度を使用した症状の評価;本態性振戦患者のための本態性振戦評価評価尺度（TETRAS）。ジストニア患者のための Burke Fahn Marsden ジストニア評価尺度 (BFMDRS)。 これらの評価スケールのパフォーマンスは、オフライン レビュー用にビデオにもなります。
2. 移動速度、震え、けいれんなどの末梢症状を標準的な技術で記録します。 ジョイスティックの移動速度の記録、振戦およびその他の運動の記録には、運動緩慢無動無調整テスト、皮膚に取り付けられた加速度計、および皮膚に取り付けられた筋電図 (EMG) 電極が使用されます。 これらは標準的な非侵襲的技術であり、不快感の副作用はありません。
3. 頭皮に取り付けられた電極を使用した脳波の記録。 これは、副作用や不快感を伴わない標準的な非侵襲的手法です。 ただし、ここで重要な注意点があります。これらの患者は頭皮に最近の外科的傷跡があるため、傷から 4 cm 以内の頭皮に電極が適用されないように回避されます。 脳波電極は、それらを所定の位置に保持するのに役立つ導電性ペーストで頭皮に適用されます。 時々、髪の毛がなくてもよい場合、研究者はテープでその愛着を補強します. 外部化された脳深部刺激リードを使用している患者の録音による感染リスクの増加はありません。
4. 標準的な臨床治療のために外科医によって脳に埋め込まれた深部脳刺激電極からの深部脳波の記録。 これらは受動的な録音であるため、副作用やリスクはありません。 2 ～ 4 の録音は、欧州経済領域内で販売される製品の健康、安全、および環境保護基準に適合していることを示す認証マークを保持するアンプを使用して実行されます。
5. 標準的な臨床治療のために外科医によって脳に埋め込まれた深部脳刺激電極の刺激。 刺激は副作用を引き起こす可能性があるため、研究者は臨床的に使用される形式と範囲でのみ刺激を提供し、常に副作用のしきい値を下回るように注意することが重要です. 刺激は、欧州経済地域内で販売される製品の健康、安全、および環境保護基準への適合を示す認証マークを保持していない、社内の特注のバッテリー供給式両側刺激装置によって提供されます。 それにもかかわらず、完全に安全性がテストされています。 刺激装置は、英国国立研究倫理サービス委員会サウスセントラルによって審査および承認された、過去のいくつかの研究に使用されたものの更新版です。 刺激の戻りを可能にするために、アンプは首の上に配置された導電パッドに接続されています。 定期的なインピーダンス チェックは、実験の過程でこの接続が堅牢であることを確認します。

参加者は、運動症状のための通常の投薬なしで、またはそのような投薬を受けて研究を受ける選択肢が与えられます。 前者の状態は、神経活動と症状の間のリンクのデモンストレーションを容易にするために好まれますが、最終的な決定は参加者に委ねられます. 投薬を一時的に中止すると症状が悪化する可能性がありますが、ほとんどの参加者は、過去に投薬を忘れた結果として、またはレボドパチャレンジのような臨床試験の一環として投薬を一時的に中止したため、これに精通しています.