Karakterisering van complexe pulsvormen bij diepe hersenstimulatie voor bewegingsstoornissen met behulp van EEG en lokale veldpotentiaalopnames (CHANNEL DBS)

De ziekte van Parkinson en essentiële tremor zijn chronische bewegingsstoornissen waarvoor geen genezing mogelijk is. Wanneer medicatie niet meer werkt, wordt diepe hersenstimulatie (DBS) aanbevolen. Standaard DBS is een neuromodulatiemethode die een eenvoudige monofasische puls gebruikt, afgegeven door een elektrode om neuronen in een doelhersengebied te stimuleren. Deze monofasische puls verspreidt zich vanuit de elektrode en creëert een breed elektrisch veld dat een grote neurale populatie stimuleert. Dit kan motorische symptomen vaak effectief verminderen. Veel DBS-patiënten ervaren echter bijwerkingen - veroorzaakt door stimulatie van niet-doelneuronen - en suboptimale symptoomcontrole - veroorzaakt door onvoldoende stimulatie van het juiste neurale doelwit. Het vermogen om het stimulerende elektrische veld zorgvuldig te manipuleren om zich op specifieke neurale subpopulaties te richten, zou deze problemen kunnen oplossen en de patiëntresultaten kunnen verbeteren.

Het is aangetoond dat het wijzigen van de elektrische golfvorm (bijv. pulsduur, pulspolariteit, enz.) bepalen de ruimtelijke selectiviteit bij functionele elektrische stimulatie. Ook onderzocht een recent klinisch onderzoek voor het eerst de acute effecten van anodische neurostimulatie in vergelijking met kathodische neurostimulatie bij 10 PD-patiënten. Ze ontdekten dat drempels voor anodische stimulatie significant hoger waren dan drempels voor kathodische stimulatie, wat in overeenstemming is met eerder onderzoek in dierstudies en modelberekeningen. Ze rapporteerden echter ook een beter klinisch effect van anodische stimulatie in vergelijking met kathodische stimulatie. Bovendien, een modelstudie van Anderson et al. (2018) ontdekten dat vezeloriëntaties selectief kunnen worden gericht, afhankelijk van de stimulusgolfvorm (d.w.z. kathodisch of anodisch). Een andere recente studie onderzocht het effect van een actieve symmetrische bifasische puls bij 8 PD- en 3 ET-patiënten. Ze ontdekten dat deze polsvormen significante klinische verbeteringen opleverden in vergelijking met de standaard klinische polsvorm.

Naast de symmetrische bifasische pulsvorm, vertoont de asymmetrische prepuls een groot potentieel voor de verfijning van DBS-therapie. Als de pre-puls anodisch is, heeft deze een hyperpolariserend effect en wordt daarom gesproken van een hyperpolariserende pre-puls. Als het kathodisch is, heeft het een depolariserend effect nabij de elektrode en wordt daarom een ​​depolariserende prepuls genoemd. Klinische studies waren gericht op het gebruik van asymmetrische pulsvormen om de ruimtelijke selectiviteit te verbeteren door selectief vezels te prikkelen bij luisteraars met een cochleair implantaat13-16. Modelstudies geven aan dat een hyperpolariserende pre-puls de drempel voor axonen daadwerkelijk kan verlagen en dat de drempel meer verlaagd is voor axonen dichtbij de elektrode dan voor axonen verder weg. Dit geeft aan dat een hyperpolariserende pre-puls kan helpen de effecten van stimulatie te concentreren op axonen nabij de elektrode, wat leidt tot een toename van het therapeutische venster en mogelijk een efficiëntere symptoomcontrole.

Er zijn aanwijzingen dat temporele manipulaties (dwz het gebruik van complexe pulsvormen, met name bifasische pulsen en asymmetrische pre-pulsen) van het stimulatieveld biofysische verschillen in neuronen kunnen benutten om zich op specifieke subpopulaties te richten. Uiteindelijk kan dit leiden tot een vergroting van het therapeutisch venster en/of een efficiëntere symptoombestrijding. In deze studie willen we het neurale mechanisme begrijpen dat ten grondslag ligt aan de klinische effecten die worden waargenomen door het manipuleren van de pulsvormen, door neurofysiologische reacties op de standaard klinische pulsvormen te vergelijken met de reacties op de complexe pulsvormen. Dit zal worden bereikt met behulp van twee benaderingen. De eerste benadering zal neurale reacties op verschillende pulsvormen bestuderen met behulp van elektro-encefalografie (EEG) opnames. De tweede benadering zal neurale reacties op verschillende pulsvormen bestuderen met behulp van intra-operatieve lokale veldpotentiaal (LFP) opnames. Dit studie- en onderzoeksprotocol heeft alleen betrekking op het verzamelen van EEG- en LFP-opnamen bij DBS-patiënten. Het protocol dekt geen chirurgische ingrepen, die al zullen plaatsvinden als onderdeel van de normale klinische zorg van de patiënt.