Personlig tilpassede sanntids DBS- og PD-mekanismer

Mens mye forskning har blitt dedikert til å forstå patofysiologien til Parkinsons sykdom (PD), er den nevrale dynamikken som ligger til grunn for manifestasjonen av motoriske tegn fortsatt uklar. Studier de siste to tiårene har vist en korrelasjon av amplituden og forekomsten av beta-båndsvingninger i den subthalamiske kjernen (STN) og det indre segmentet av globus pallidus (GPi) med endringer i bradykinesi og rigiditet mediert av levodopa eller dyp hjernestimulering ( DBS) terapier. Likevel har ingen studie definitivt eller deduktivt vist en årsakssammenheng. En begrensning for å etablere årsakssammenheng er mangelen på tilgjengelige nevromodulasjonsverktøy som er i stand til forutsigbart og presist å kontrollere nevrale oscillerende aktivitet i den menneskelige hjernen i sanntid uten å introdusere forvirrende faktorer. Å etablere disse verktøyene og avklare om forholdet mellom beta-båndsvingninger og PD motoriske tegn er årsakssammenheng eller epifenomen er kritiske skritt for å bedre forstå PD patofysiologi og fremme personlig DBS-teknologi i PD og andre hjernetilstander. Denne studien tar sikte på å adressere disse teknologi- og kunnskapshullene ved å utnytte tilbakemeldingskontrollteknikk og pasientspesifikke beregningsmodelleringsverktøy.

I denne studien vil etterforskerne bruke en nevral kontrolltilnærming, referert til som fremkalt interferens closed-loop DBS (eiDBS), for å karakterisere graden av kontrollert undertrykkelse eller forsterkning av beta-oscillasjoner i STN og GPi påvirker bradykinesi og rigiditet i PD (Spesifikt mål 1, SA1). Etterforskerne vil teste hypotesen om at stimuleringsindusert undertrykkelse eller forsterkning av beta-oscillasjoner i STN eller GPi vil resultere i endringer i bradykinesi og rigiditetsmål. I SA2 vil etterforskerne bruke levodopa-medisiner for å karakterisere hvordan endringer i bradykinesi og rigiditet relaterer seg til variasjoner i amplituden til nevrale oscillasjoner i STN, GPi og primær motorisk cortex (MC) fremkalt av STN- og GPi-stimulering. Forskerne vil teste hypotesen om at levodopa-administrasjon vil resultere i en reduksjon i amplituden av stimuleringsfremkalte beta-oscillasjoner som vil korrelere med endringer i bradykinesi og rigiditet. Resultatene fra SA2 vil bidra til å få en større forståelse av indre kretsdynamikk assosiert med PD og identifisere strategier for å optimalisere DBS-algoritmer med lukket sløyfe (f.eks. eiDBS) i møte med samtidig levodopa-behandling, et skritt for å bringe denne teknologien til fremtidig klinisk prøvelser. Ved å kombinere elektrofysiologiske data med høyoppløselig (7T) magnetisk resonans (MR) avbildning og beregningsmodellering, vil etterforskerne undersøke hvilke spesifikke nevronale veier forbundet med STN og GPi som må aktiveres for å fremkalle frekvensspesifikke nevrale responser i STN, GPi og MC (SA3). Dataene fra SA3 vil belyse hvilke underkretser som er involvert i generering av stimuleringsfremkalte og spontane beta-oscillasjoner i PD, og ​​informere om hvordan man bruker retningsbestemte DBS-ledninger for å forme elektriske felt i STN og GPi for selektivt å modulere STN. eller GPi via eiDBS eller andre nevrostimuleringsteknikker. Etterforskerne vil ta for seg de tre målene med denne studien med deltakelse av PD-pasienter implantert med DBS-ledninger i STN eller GPi, hvis DBS-ledningsforlengelser vil bli eksternalisert og koblet til vår opptaks- og stimuleringsinfrastruktur med lukket sløyfe.