Svik i nevromuskulær kommunikasjon ved motor-neuronsykdom: en biomarkør for tidlig og personlig diagnose (MotorMarker)

Amyotrofisk lateral sklerose (ALS) eller Motor Neuron Disease (MND) er en terminal nevrodegenerativ sykdom som fører til progressivt tap av motorisk funksjon. Behandling av ALS er fortsatt en uløst utfordring, og til tross for intensiv forskning er diagnose og terapi ennå ikke tilstrekkelig tilpasset. Ny terapi og kvaliteten på omsorgen etter diagnose kan forbedres ved tidlig diagnose på individnivå, noe som muliggjør skreddersydd behandling og individualisert behandling.

For å tilpasse diagnosen er det behov for pålitelige kvantitative biomarkører, for tidlig påvisning av sykdomsutbrudd og for å skille de ulike undertypene av sykdommen. Spesifikt har flere biomarkører blitt undersøkt for bruk i ALS, inkludert Motor Unit Number Estimation (MUNE), Motor Unit Number Index (MUNIX), Cortical Excitability in Transcranial Magnetic Stimulation (TMS), EMG Inter-muscular Coherence, Magnetic Resonance (MR) og andre bildeteknikker, og EEG-signaturer. Imidlertid er den diagnostiske nytten av disse teknikkene, spesielt de rimelige ikke-invasive registreringene av elektrisk muskelaktivitet - bipolar eller høytetthetsoverflateelektromyografi (sEMG), og elektrisk hjerneaktivitet - overflateelektroencefalografi (sEEG) - begrenset: biomarkørene er ikke sterkt knyttet til de nevrofysiologiske mekanismene som påvirkes ved ALS.

Det menneskelige motoriske systemet omfatter 2 undersystemer: α-motorsystemet innerverer direkte de motoriske nevronene og spinale interneuroner og γ-systemet som modulerer sensorene til musklenes tilbakemeldingsrefleksløkker for å indirekte bidra til muskelaktivering. Disse 2 systemene danner et nevromuskulært kommunikasjons- og kontrollnettverk, gjennom hvilket nevrale signaler kommuniseres til og fra muskler for koordinert bevegelse. Ved ALS er det en forstyrrelse av funksjonen til både øvre og nedre motoriske nevroner. I de nedre motoriske nevronene starter degenerasjonen av det α-motoriske systemet før γ-systemet, og endrer dermed det relative bidraget til α og γ-systemet som forvrenger mønstrene for nevromuskulær kommunikasjon i bevegelser. Det er derfor av interesse å skille og dissosiere de elektrofysiologiske signaturene som reflekterer sansemotoriske nettverkskommunikasjonsmønstre knyttet til hvert delsystem i funksjon og dysfunksjon, som igjen kan fungere som biomarkører. I spesifikke undergrupper av ALS, dvs. Primær lateral sklerose (PLS) og progressiv muskelatrofi (PMA) - det er selektiv degenerasjon av henholdsvis øvre og nedre motorneuroner. Derfor er mer spesifikke endringer i nettverkskommunikasjonsmønstre å forvente.

For å analysere de kybernetiske egenskapene (kommunikasjon, kontroll og informasjonsoverføring), må elektrofysiologiske signaler analyseres fra flere punkter i det nevromuskulære systemet som et sammenkoblet nettverk. Dette kan oppnås ved felles registrering og avansert analyse av samvariabilitet av mønstre i EMG/EEG, f.eks. (retningsbestemt) kortiko-muskulær koherens og retningsbestemt nettverkspåvirkning, under funksjonelle motoriske oppgaver. Det antas at nevromuskulære kommunikasjonsmål basert på både EEG og EMG (indikatorer for patofysiologisk endring, målt som et nettverk) bedre reflekterer ALS-utbrudd og subtyper enn mål basert på enten EEG eller EMG isolert (indikatorer på strukturell endring, målt ved noder) .

Vellykket diskriminering av de elektrofysiologiske signaturene kan brukes til å diagnostisere ALS, som også kan være nyttig når det gjelder bedre pasientbehandling og utvikling av ny nevromotorisk rehabilitering.