Onderzoek naar remmende controlenetwerken bij de ziekte van Parkinson

Bewegingsstoornissen zijn wereldwijd een belangrijke oorzaak van invaliditeit. In de Verenigde Staten lijden naar schatting meer dan 4 miljoen mensen aan de ziekte van Parkinson (PD), essentiële tremor (ET) en dystonie, enkele van de meest voorkomende neurologische aandoeningen. Hiervan is PD de meest voorkomende en wordt voornamelijk gekenmerkt door tremor, rigiditeit en bradykinesie. Veel patiënten hebben echter ook prominente niet-motorische kenmerken, waaronder depressie en cognitieve stoornissen, met tekortkomingen in verwerkingssnelheid, geheugen, aandacht en leren. Een van de meest slopende cognitieve tekortkomingen is responsinhibitie (RI), of het onvermogen om een ​​gebruikelijke handeling te onderdrukken. PD-patiënten hebben aanzienlijke moeite met RI en rapporteren de substantiële bijdrage ervan in het beperken van hun kwaliteit van leven. Hoewel sommige onderzoeken aantonen dat dopamine dit aspect van de cognitieve functie kan verbeteren, blijven veel patiënten aanzienlijk beperkt.

RI manifesteert zich klinisch op veel verschillende en belangrijke manieren, met verminderde mentale flexibiliteit, taakwisseling en concentratie. RI kan ook bijdragen aan motorische stoornissen, met loopdisfunctie, vallen en bevriezen van het lopen. Helaas zijn deze kenmerken van PD en RI minder goed bestudeerd en ontbreekt het aan effectieve behandelingsopties, waardoor nieuwe behandelingen moeten worden onderzocht. Diepe hersenstimulatie (DBS), hoewel een zeer effectieve behandeling voor motorische manifestaties, is in wezen niet effectief voor cognitie en kan deze zelfs verslechteren, met weinig onderzoeken die momenteel onderzoeken hoe verschillende parameters NMS kunnen verbeteren. In een poging om deze slopende kenmerken van PD aan te pakken, stellen de onderzoekers voor om RI te bestuderen bij patiënten met bewegingsstoornissen, en om beweging en cognitie te correleren met onderliggende neurale elektrofysiologie voor en tijdens taken van beweging en responsremming.

Tijdens routinematige DBS-operaties wordt de stimulerende elektrode geïmplanteerd met behulp van intraoperatieve opnames in de wakkere toestand. Deze routinematige opnames stellen neurologen en neurochirurgen in staat om neuronale vuren in de hersenen direct waar te nemen en karakteristieke patronen te identificeren om anatomische structuren af ​​te bakenen. Eenmaal op zijn plaats wordt de DBS-elektrode getest met behulp van stimulatieparameters waarvan bekend is dat ze klinisch doeltreffend zijn voor motorische stoornissen. Dit maakt acute, intraoperatieve tests mogelijk voor therapeutisch voordeel en bijwerkingen, en geeft informatie over hoe een patiënt op de therapie zal reageren zodra de schedelelektrode op de batterij is aangesloten en is ingeschakeld.

Naast deze routinematige opname en stimulatie biedt deze setting ook een unieke kans om neurale elektrofysiologie te bestuderen, met een minimaal verhoogd risico. Door hersenactiviteit in de buitenste lagen (cortex) te meten, maar ook vanaf de DBS-elektrode zelf, terwijl patiënten verschillende taken uitvoeren, is het mogelijk om gedragsfunctie en neurale activiteit te correleren. Ons centrum, en verschillende andere, hebben al onderzoeksparadigma's om deze doelen te bereiken, door een subdurale stripelektrode over de cortex te plaatsen voordat de DBS-lead wordt geplaatst. Deze stripelektroden liggen langs het oppervlak van de hersenen en worden historisch gezien al tientallen jaren gebruikt om aanvallen in kaart te brengen, meestal als een reeks elektroden die via een boorgat zijn geplaatst. Het gebruik ervan is pas recentelijk geïmplementeerd voor onderzoek van neurale circuits tijdens DBS-chirurgie, maar hun veiligheid in deze specifieke setting is nu goed ingeburgerd en hun tijdelijke plaatsing wordt momenteel uitgevoerd in soortgelijke onderzoeken in deze instelling. Hoewel eerdere studies deze strips over prefrontale gebieden hebben geplaatst, is de overgrote meerderheid van het onderzoek op dit gebied gericht op motorische circuits, met plaatsing over de sensomotorische cortex. Om NMS te bestuderen, zullen er strips over de prefrontale cortex worden geplaatst, met opnames gemaakt tijdens verschillende motorische en cognitieve taken en tijdens verschillende stimulatiepatronen.