Effekten av trening på nevral aktivitet i subthalamuskjernen ved Parkinsons sykdom

Parkinsons sykdom (PD) er en progressiv nevrologisk sykdom, mest utbredt hos eldre voksne, anslått å påvirke over 12 millioner mennesker over hele verden innen 2040. Mens antiparkinsonmedisiner og dyp hjernesimulering (DBS) er effektive for å håndtere sykdomssymptomer, har sykdomsmodifisering forblitt unnvikende. Trening har blitt foreslått som den universelle resepten for PD som er i stand til å bremse sykdomsprogresjonen; Spesielt stasjonær sykling har blitt foreslått som en ideell treningsmodalitet for personer med PD (PwPD). Vår seminal tandemsyklingstudie var den første som brukte tvungen trening (FE) hos menneskelige PD-pasienter og viste en 30 % forbedring i kliniske vurderinger sammenlignet med frivillig trening (VE). Kort fortalt er FE en treningsmåte med høy intensitet med opprinnelse i dyremodeller av PD der frivillig treningsfrekvens økes, men ikke erstattes. Dermed ble PwPD assistert med å tråkke med en høyere hastighet (kadens) på tandemsyklusen sammenlignet med de på en standard stasjonær syklus som utførte frivillig trening (VE). Dette arbeidet resulterte i et paradigmeskifte når det gjelder å anbefale trening med høy intensitet for PwPD. For øyeblikket er vi involvert i to kliniske studier på flere steder med sikte på å identifisere potensialet ved høyintensiv trening for å bremse PD (2R01NS073717 & 1U01NS113851). Til tross for potensialet til trening for å endre sykdomsprogresjon, er dens virkningsmekanisme og effekter på basalgangliafunksjonen ikke forstått. Tapet av dopaminproduserende nevroner assosiert med PD resulterer i hypersynkroni av basale ganglia motoriske kretser som ligger til grunn for PD-symptomer. Nyere dyrestudier ved bruk av FE evaluerte nevral aktivitet, lokale feltpotensialer (LFPs), fra den primære motoriske cortex (M1) for å estimere effekten av trening på basalgangliafunksjonen. Etter FE ble neural hypersynkroni i beta (13-35Hz) frekvensbånd redusert i M1, som ble foreslått å ligge til grunn for forbedret motorisk funksjon. M1-aktivitet påvirkes av aktiviteten i den subthalamiske kjernen (STN), en struktur i basalgangliene, via de direkte og indirekte banene. Effekten av trening med høy intensitet, VE eller FE, på STN-hypersynkroni hos mennesker er ukjent. Registrering av STN neural aktivitet, inntil nylig, var bare mulig under DBS-kirurgi eller hos pasienter hvis elektrode ble midlertidig eksternalisert umiddelbart etter operasjonen. Ingen av tilnærmingene er gjennomførbare eller trygge for systematisk å evaluere effekten av trening på basalgangliafunksjonen. Nylig mottok Medtronic Percept DBS-plattformen FDA-godkjenning. Percept-plattformen registrerer og streamer nevral aktivitet fra DBS-elektroden i STN. Dette prosjektet, for første gang, vil registrere nevral aktivitet fra STN under to moduser for høyintensitetstrening, FE og VE, i PwPD for å identifisere den potensielle mekanismen som ligger til grunn for de gunstige effektene av trening på PD. Vår underliggende hypotese er at trening med høy intensitet reduserer STN-hypersynkroni som letter funksjonaliteten i kortiko-basale ganglia-thalamokortikale kretser og dermed forbedrer motorfunksjonen etter trening.