Modulerende effekter av dyp hjernestimulering på cerebral kortikal aktivitet

Deep brain stimulation (DBS) er en standard-of-care, FDA-godkjent terapi for Parkinsons sykdom (PD) og tremor, og godt over 1000 pasienter har blitt implantert ved Cleveland Clinic de siste 20 årene. Terapien involverer stereotaktisk implantasjon av en eller flere ledninger i spesifikke sensorimotoriske hjerneregioner, hvor hver ledning består av en rekke av fire til åtte kontakter. Den proksimale enden av ledningen er tunnelert til en implanterbar pulsgenerator (IPG) plassert under huden på brystet. Postoperativt programmerer en helsepersonell nøye IPG-en: justerer leveringsstedet (dvs. kontaktvalg) og titrerer frekvensen, amplituden og bredden til stimuluspulsene for å maksimere terapeutisk nytte og samtidig minimere eventuelle bivirkninger. Det antas at den kroniske, elektriske stimuleringen av målregionen har både lokale og kretsvide effekter, hvis nettoeffekt er å forstyrre den patofysiologiske nevrale aktiviteten som er tilstede på tvers av både kortikale og subkortikale hjerneregioner som antas å ligge til grunn for sykdomsmanifestasjon.

Studierelaterte aktiviteter starter på formiddagen, hvor deltakerne melder seg til Senter for nevrologisk restaurering poliklinikkskranke i S-bygget. Deltakerne med en diagnose av Parkinsons sykdom vil bli bedt om å ankomme i "praktisk definert AV"-tilstand (dvs. vil komme for testing etter å ha tatt PD-medisiner som vanlig frem til midnatt den foregående dagen, og ingen på morgenen for testingen) . For å bidra til å minimere risiko utenfor medisinering, vil pasienter med PD bli tilbudt muligheten til å overnatte på et hotell på campus uten kostnad. Pasienter vil få lunsj og ekstra hvilepauser, etter behov, gjennom dagen.

En tekniker vil bruke enten Ag/AgCl kliniske hodebunnselektroder eller en elastisk hette forhåndsfylt med elektroder, hvoretter elektroencefalografisk (EEG) aktivitet vil bli overvåket og registrert gjennom resten av studien. Deltakerne vil gjennomgå en innledende stimuleringsterskelevaluering for å etablere DBS-relaterte sensorimotoriske bivirkningsterskler.

Gjennom testingen vil deltakerne sitte komfortabelt i et stille rom. Kontinuerlige EEG- og EMG-registreringer vil bli gjort ettersom parametrene til pasientens IPG blir systematisk modifisert (dvs. endringer i pulsfrekvens, amplitude, bredde og aktive kontakter) med pasienten i ro og, for spesifikke innstillinger, igjen mens pasienten utfører en enkel, kontinuerlig motorisk oppgave ved bruk av øvre ekstremitet (f.eks. datamaskingenerert sinussporing). Visuelle og auditive fremkalte potensialer vil bli fremkalt ved hjelp av stimuli levert via henholdsvis briller (eller annen lyskilde) og hodetelefoner. Somatosensorisk fremkalte potensialer vil bli fremkalt gjennom elektrisk stimulering av median eller posterior tibialis nerve ved bruk av standard kliniske teknikker ved omtrent 125 % av motorterskel. Event-relaterte potensialoppgaver vil inkludere enkel og valgfri reaksjonstid, NoGo, samt auditive oddball-oppgaver som gjentas i en eller flere DBS-forhold. Merk at den nøyaktige rekkefølgen på testadministrasjonen kan randomiseres for å minimere rekkefølgeeffekter. Vær også oppmerksom på at pasienter som er diagnostisert med PD vil bli bedt om å ta sin vanlige dose anti-PD medisiner omtrent midtveis i testøkten, hvoretter en undergruppe av den fremkalte potensielle testingen vil bli gjentatt.

I denne studien vil etterforskerne bruke flere ikke-invasive fysiologiske beregninger, inkludert elektroencefalografi i hodebunnen og overflateelektromyografi, for å karakterisere det spatiotemporale mønsteret av kortikal og kortikomuskulær modulering assosiert med terapeutiske, ikke-terapeutiske og bivirkningsinduserende parametere for DBS til adressere de spesifikke målene.