Neurofeedback met behulp van geïmplanteerde Deep Brain Stimulation-elektroden

Diepe hersenstimulatie (DBS) is uitgegroeid tot een gouden standaard symptomatische behandelingsoptie voor de ziekte van Parkinson (PD) en wordt ook onderzocht voor een verscheidenheid aan andere neurologische aandoeningen. De implantatie van elektroden in diepe hersengebieden heeft niet alleen de toepassing van elektrische prikkels mogelijk gemaakt, maar heeft onderzoekers en clinici ook een ongekend venster geboden om afwijkende neuronale activiteit in de kern van pathologische hersencircuits te onderzoeken. Lokale veldpotentialen (LFP) zijn al gemakkelijk onderzocht via externe DBS-elektrodedraden voorafgaand aan internalisatie en aansluiting op een implanteerbare neurostimulator. In het geval van PD is aangetoond dat motorische symptomen correleren met overdreven bèta-oscillerende activiteit (13-35 Hz) in de LFP geregistreerd vanuit de nucleus subthalamicus (STN). Ten eerste is de bèta-activiteit geregistreerd in de STN in rust bij patiënten die gestopt zijn met hun medicatie gecorreleerd met de Unified Parkinson's Disease Rating Scale (UPDRS) bij patiënten. Ten tweede was een vermindering van het signaalvermogen in de beta-band gecorreleerd met klinische verbeteringen van motorische symptomen. Ten derde leiden de twee belangrijkste therapeutische strategieën, de toediening van L-Dopa en hoogfrequente DBS beide tot een onderdrukking van bèta-synchroniciteit in de STN. Bovendien vertonen bèta-oscillaties snelle en bewegingsafhankelijke modulatie in de loop van de tijd en kunnen ze dienen als biomarker en feedbacksignaal om de afgifte van DBS te regelen. De onderzoekers hebben onlangs elektrische neurofeedback in de diepe hersenen geïmplementeerd om real-time visuele neurofeedback van pathologische STN-oscillaties te bieden via externe DBS-elektroden en toonden aan dat PD-patiënten in staat waren om de subthalamische activiteit vrijwillig te beheersen en te verminderen binnen een enkele sessie van 1 uur. Bovendien versnelden neurofeedback-aangeleerde strategieën bewegingen en konden ze op korte en middellange termijn worden behouden. Pas onlangs is een nieuw ontwikkelde neurostimulator, de Percept™ PC (Medtronic Neurological Division, Minneapolis, MN, VS), klinisch goedgekeurd, die niet alleen elektrische impulsen kan toedienen, maar ook de meting en overdracht van hersenactiviteit mogelijk maakt. Deze neurostimulator is nu de eerste keuze voor implantaties in het Universitair Ziekenhuis Zürich en wordt gebruikt voor een verscheidenheid aan neurologische aandoeningen. Het doel van de onderzoekers is om te onderzoeken of neurofeedback via een volledig geïmplanteerd apparaat voor diepe hersenstimulatie mogelijk is en kan leiden tot een betere controle van pathologische oscillaties en tot symptoomvermindering. Nadat ze hebben aangetoond dat endogene controle over diepe hersenoscillaties mogelijk is, zullen de onderzoekers deze nieuwe therapeutische benadering ook testen voor andere pathologieën dan PD die ook met DBS worden behandeld. Neurofeedback met behulp van geïmplanteerde DBS-elektroden zal het voordeel hebben dat langere trainingssessies van meerdere dagen mogelijk zijn, waarvan de onderzoekers veronderstellen dat ze een grotere impact hebben op de controle over pathologische diepe hersenoscillaties en neurologische symptomen, aangezien een dergelijk volledig geïmplanteerd neurofeedbacksysteem niet langer de externalisatie van DBS-draden en is als zodanig niet langer beperkt tot de eerste twee dagen na elektrode-implantatie. Al met al zullen de onderzoekers een totale streamingtijd van 7 uur per patiënt (7 d batterijtijd) niet overschrijden, wat de onderzoekers verantwoord achten met betrekking tot een batterijduur van > 5 jaar. Dit voorgestelde onderzoek is zeer belangrijk omdat het ons zal helpen bij het begrijpen van verschillende neurologische ziekten die veel voorkomen in de samenleving (PD is bijvoorbeeld de op een na meest voorkomende neurodegeneratieve aandoening na de ziekte van Alzheimer) en zou kunnen uitmonden in nieuwe, endogene behandelingsstrategieën. Het algehele risico voor patiënten is minimaal tot onbestaand, aangezien de stimulatieparameters niet worden beïnvloed en de beoogde veranderingen in hersenactiviteit door zichzelf worden veroorzaakt terwijl DBS-stimulatie is uitgeschakeld.