Undersøker hemmende kontrollnettverk ved Parkinsons sykdom

Bevegelsesforstyrrelser er en fremtredende årsak til funksjonshemming over hele verden. I USA er det anslått at mer enn 4 millioner mennesker lider av Parkinsons sykdom (PD), essensiell tremor (ET) og dystoni, noen av de mest utbredte nevrologiske lidelsene. Av disse er PD den vanligste, og er primært preget av skjelving, rigiditet og bradykinesi. Imidlertid har mange pasienter også fremtredende ikke-motoriske trekk, inkludert depresjon og kognitiv svikt, med mangler i prosesseringshastighet, hukommelse, oppmerksomhet og læring. En av de mest ødeleggende kognitive manglene er responshemming (RI), eller manglende evne til å undertrykke en vanlig handling. PD-pasienter har betydelige problemer med RI, og rapporterer dets betydelige bidrag til å begrense deres livskvalitet. Mens noen studier viser at dopamin kan forbedre dette aspektet av kognitiv funksjon, forblir mange pasienter betydelig svekket.

RI manifesterer seg klinisk på mange forskjellige og viktige måter, med redusert mental fleksibilitet, oppgavebytte og konsentrasjon. RI kan også bidra til motorisk svekkelse, med gangdysfunksjon, fall og frysing av gange. Dessverre er disse egenskapene til PD og RI mindre godt studert og mangler effektive behandlingsalternativer, noe som gjør det nødvendig å undersøke nye behandlinger. Dyp hjernestimulering (DBS), mens en svært effektiv behandling for motoriske manifestasjoner, er i hovedsak ineffektiv for, og kan til og med forverre kognisjon, med få studier som for tiden undersøker hvordan forskjellige parametere kan forbedre NMS. I et forsøk på å begynne å adressere disse svekkende egenskapene til PD, foreslår etterforskerne å studere RI hos pasienter med bevegelsesforstyrrelser, og å korrelere bevegelse og kognisjon med underliggende nevral elektrofysiologi før og under oppgaver med bevegelse og responshemming.

Under rutinemessig DBS-kirurgi implanteres den stimulerende elektroden ved hjelp av intraoperative opptak i våken tilstand. Disse rutineopptakene gjør det mulig for nevrologer og nevrokirurger å direkte observere nevronal avfyring i hjernen, og identifisere karakteristiske mønstre for å avgrense anatomiske strukturer. Når den er på plass, testes DBS-elektroden ved hjelp av stimuleringsparametere som er kjent for å være klinisk effektive for motorisk svekkelse. Dette tillater akutt, intraoperativ testing for terapeutisk nytte og bivirkninger, og gir informasjon om hvordan en pasient vil reagere på behandlingen når kranialelektroden er koblet til batteriet og slått på.

I tillegg til denne rutineregistreringen og stimuleringen, gir denne innstillingen også en unik mulighet til å studere nevral elektrofysiologi, med minimal økt risiko. Ved å måle hjerneaktivitet i de ytre lagene (cortex) samt fra selve DBS-elektroden, mens pasienter utfører ulike oppgaver, er det mulig å korrelere atferdsfunksjon og nevral aktivitet. Senteret vårt, og flere andre, har allerede forskningsparadigmer på plass for å oppnå disse målene, ved å plassere en subdural stripeelektrode over cortex før du plasserer DBS-elektroden. Disse stripeelektrodene ligger langs overflaten av hjernen, og har historisk blitt brukt i flere tiår for å utføre anfallskartlegging, typisk som en rekke elektroder plassert via et borehull. Bruken deres har bare nylig blitt implementert for undersøkelse av nevrale kretsløp under DBS-kirurgi, men deres sikkerhet i denne spesifikke innstillingen er nå veletablert, og deres midlertidige plassering utføres for tiden i lignende studier ved denne institusjonen. Men selv om tidligere studier har plassert disse stripene over prefrontale områder, er det store flertallet av forskningen på dette området fokusert på motoriske kretser, med plassering over sensorimotorisk cortex. For å studere NMS vil det bli plassert strips over prefrontal cortex, med opptak gjort under ulike motoriske og kognitive oppgaver og under ulike stimuleringsmønstre.