DBS를 사용하여 기저핵 기능 장애 조사

이 연구는 기저핵이 떨림, 운동완서 및 근육 경련과 같은 운동 증상에 어떻게 기여하는지 조사합니다. 기본 연구 접근 방식은 뇌파가 증상/징후와 연관될 수 있도록 환자가 증상이 있는 동안 기저핵의 부위에서 기록하는 것입니다. 일단 뇌파가 비정상적인 움직임의 측면에 연루되면 연구자들은 뇌파가 포착될 때마다 자극을 유발하여 기능 또는 기능 장애에서 뇌파의 중심 역할을 확인할 수 있습니다. 자극을 위해 연구자들은 임상에서 사용되는 것과 동일한 고주파 자극(130Hz)을 사용할 것입니다. 이것이 자극 부위에서 신경 활동을 효과적으로 억제하는 것으로 생각되기 때문입니다. 따라서 예를 들어 움직임을 늦추는 데 주어진 뇌파가 중요한 경우 이 뇌파가 클 때마다 자극을 가하면 운동 속도가 빨라질 것으로 예상할 수 있습니다.

연구자들은 이 2단계 절차를 따라 파킨슨병, 근긴장이상 및 본태성 떨림이 있는 환자의 운전 떨림, 근육 경련 및 느린 운동에서 기저핵 부위에서 포착된 다양한 뇌 활동의 역할을 문서화하기를 희망합니다. 연구자들이 자극을 통해 뇌 기능과 특정 증상을 변경할 수 있는 것처럼 잠재적으로 효율적인 치료 형태로 동일한 형태의 피드백 제어 자극을 사용할 수 있기 때문에 이 연구는 중요합니다. 기존의 심부 뇌 자극은 항상 고정된 자극을 전달합니다. 예를 들어, 연구자들은 기저핵에서 베타 활동의 피드백을 기반으로 한 자극 제어가 파킨슨병 치료에서 기존의 지속적인 심부 뇌 자극보다 이점이 있을 수 있음을 확인하기 시작했습니다.

현재 연구는 특히 파킨슨병 환자의 느림(운동완서) 및 경직(뻣뻣함), 파킨슨병 및 본태성 떨림 환자의 떨림, 근긴장이상 환자의 근육 경련에 기여하는 과정에 관심이 있습니다.

1. 파킨슨병 환자의 운동완서 및 경직 이러한 손상이 베타 주파수 대역 활동(~20Hz)과 관련되어 있다는 증거가 이미 있습니다. 이러한 활동은 수백 밀리초 또는 그 이상 지속되는 파킨슨병 환자의 경우 과장됩니다. 연구자들은 베타 활동의 폭발이 발생할 때 자극을 촉발함으로써 움직임을 가속화하고 경직을 줄일 수 있음을 이미 보여주었습니다. 현재 연구에서 그들은 (a) 베타 폭발을 유발하는 것이 필요한지 또는 베타 활동의 일반적인 수준(즉, 오랜 기간 동안 평균)을 유발하기에 충분한지 여부를 결정하는 데 관심이 있습니다. 모든 베타 버스트를 트리거하는 데 필요한지, 아니면 트리거해야 하는 긴 버스트인지, 그리고 (c) 트리거된 자극이 동시에 존재하는 증상인 떨림을 제어하기에 충분한지 여부입니다. 이러한 문제를 탐색하려면 연구자가 기저핵 활동(피드백)을 기록하고 자극을 전달하는 동시에 자극을 구동하기 전에 피드백이 처리되는 방법을 다양하게 해야 합니다. 공학적 용어로 조사자들은 신호 처리 및 제어 정책 세부 사항을 다양하게 하지만 최종 결과는 피드백 제어 뇌 심부 자극입니다. 연구자는 임상적으로 결정된 부작용 유발 임계값보다 높지 않은 범위 내에서만 자극의 진폭을 제어한다는 점에 유의하십시오. 나머지 모든 자극 매개변수, 예: 주파수 및 펄스 폭은 표준 임상 설정으로 설정됩니다.
2. 파킨슨병 또는 본태성 떨림 환자의 떨림 여기에서 떨림 주파수(및 이의 두 배)에서의 진동이 역할을 하는 것으로 의심되지만 떨림이 별개의 뇌 활동과 연관되어 있다는 증거는 덜 강력합니다. 조사관이 상태에 기여하는 요인의 정확한 특성을 확신할 수 없는 경우(이 경우 떨림) 관련 요인을 찾기 위해 기계 학습을 사용하는 경우가 많습니다. 여기에서 연구자들은 기저핵 활동과 사지의 떨림을 모두 기록한 다음 이를 기계 학습 알고리즘과 함께 사용하여 떨림과 관련된 신호의 관련 조합을 지적할 것을 제안합니다. 그런 다음 조사자는 기계 학습 출력을 사용하여 자극으로 떨림을 제어하는 ​​방법을 알려주는 동시에 기계 학습 알고리즘에 대한 입력의 가중치를 조사하여 중요한 관계를 추론할 수 있습니다. 위와 같이 최적의 신호 처리 및 제어 정책 세부 사항을 탐색하지만 최종 결과는 피드백 제어 뇌 심부 자극입니다. 그들은 임상적으로 결정된 부작용 유발 임계값보다 높지 않은 범위 내에서만 자극의 진폭을 제어한다는 점에 유의하십시오. 나머지 모든 자극 매개변수, 예: 주파수 및 펄스 폭은 표준 임상 설정으로 설정됩니다.
3. 근긴장이상 환자의 비자발적 근육 경련 세타-알파 주파수(5-12Hz)의 진동이 역할을 하는 것으로 의심되지만 근육 경련이 별개의 뇌 활동과 관련되어 있다는 증거도 상대적으로 약합니다. 연구자들은 신체의 기저핵 활동과 근육 경련을 모두 기록한 다음 이를 기계 학습 알고리즘과 함께 사용하여 근육 경련과 관련된 신호 조합을 지적할 것을 제안합니다. 그런 다음 기계 학습 출력을 사용하여 자극으로 근육 경련을 제어하는 ​​방법을 알려줄 수 있습니다. 위와 같이 조사자는 최적의 신호 처리 및 제어 정책 세부 사항을 탐색하지만 최종 결과는 피드백 제어 뇌 심부 자극입니다. 그들은 임상적으로 결정된 부작용 유발 임계값보다 높지 않은 범위 내에서만 자극의 진폭을 제어한다는 점에 유의하십시오. 나머지 모든 자극 매개변수, 예: 주파수 및 펄스 폭은 표준 임상 설정으로 설정됩니다.

사용할 기술

우리 연구에는 몇 가지 기술이 포함됩니다.

1. 파킨슨병 환자의 표준 임상 평가 척도, 예를 들어 Part III 운동 UPDRS, 통합 이상운동증 평가 척도 및 언어 명료도 테스트를 사용한 증상 평가; 본태떨림이 있는 환자를 위한 본태떨림 등급 평가 척도(TETRAS); 근긴장이상 환자를 위한 Burke Fahn Marsden 근긴장이상 등급 척도(BFMDRS). 이러한 등급 척도의 성능은 오프라인 검토를 위해 비디오로 녹화됩니다.
2. 이동 속도, 떨림 또는 경련과 같은 말초 증상을 표준 기술로 기록합니다. 조이스틱 이동 속도 기록, 서동 운동 불능 테스트, 피부 장착 가속도계 및 피부 장착 근전도(EMG) 전극으로 떨림 및 기타 움직임 기록. 이것은 불편함의 부작용을 포함하지 않는 표준 비침습적 기술입니다.
3. 두피 장착 전극을 사용한 EEG 기록. 이것은 부작용이나 불편함을 수반하지 않는 표준 비침습적 기술입니다. 그러나 여기서 중요한 주의 사항이 있습니다. 이러한 환자는 두피에 최근 수술 흉터가 있을 것이므로 상처 4cm 이내의 두피에 전극을 적용하지 않도록 해야 합니다. EEG 전극은 전극을 제자리에 고정하는 데 도움이 되는 전도성 페이스트와 함께 두피에 적용됩니다. 때로는 머리카락이 없는 경우 수사관은 테이프로 애착을 강화합니다. 외부 심부 뇌 자극 유도 환자의 기록으로 인한 감염 위험의 증가는 없습니다.
4. 표준 임상 치료를 위해 외과의가 뇌에 이식한 심부 뇌 자극 전극의 깊이 EEG 기록. 이것은 수동 녹음이므로 부작용이나 위험이 없습니다. 2-4의 녹음은 유럽 경제 지역 내에서 판매되는 제품에 대한 건강, 안전 및 환경 보호 표준 준수를 나타내는 인증 마크가 있는 증폭기를 사용하여 수행됩니다.
5. 표준 임상 치료를 위해 외과 의사가 뇌에 이식한 심부 뇌 자극 전극의 자극. 자극은 부작용을 일으킬 수 있으므로 연구자는 임상적으로 사용되는 형태와 범위로만 자극을 전달하고 부작용에 대한 임계값 미만을 항상 유지하도록 주의해야 합니다. 자극은 유럽 경제 지역 내에서 판매되는 제품에 대한 건강, 안전 및 환경 보호 표준 준수를 나타내는 인증 마크가 없는 사내 맞춤형 배터리 공급 양방향 자극기를 통해 전달됩니다. 그럼에도 불구하고 그것은 완전히 안전 테스트를 거쳤습니다. 자극기는 영국 국립 연구 윤리 서비스 위원회 사우스 센트럴에서 검토하고 승인한 여러 과거 연구에 사용된 것의 업데이트된 버전입니다. 자극 복귀를 허용하기 위해 증폭기는 목 위에 배치된 전도성 패드에 연결됩니다. 주기적인 임피던스 검사를 통해 실험 과정에서 이 연결이 견고하도록 합니다.

참가자는 운동 증상에 대한 일반적인 약물 치료 없이 또는 그러한 약물을 사용하여 연구를 수행할 수 있는 선택권을 갖게 됩니다. 전자 상태는 신경 활동과 증상 사이의 연결을 쉽게 보여주기 위해 선호되지만 최종 결정은 참가자에게 달려 있습니다. 일시적으로 약물을 중단하면 증상이 악화될 수 있지만, 대부분의 참가자는 과거에 약물을 잊어버렸거나 레보도파 챌린지와 같은 임상 테스트의 일부로 약물을 일시적으로 중단했기 때문에 이에 대해 잘 알고 있을 것입니다.