Charakterystyka złożonych kształtów impulsów w głębokiej stymulacji mózgu w przypadku zaburzeń ruchowych z wykorzystaniem zapisów EEG i lokalnych potencjałów polowych (CHANNEL DBS)

Choroba Parkinsona i drżenie samoistne to przewlekłe zaburzenia ruchowe, na które nie ma lekarstwa. Kiedy leki nie są już skuteczne, zaleca się głęboką stymulację mózgu (DBS). Standard DBS to metoda neuromodulacji wykorzystująca prosty jednofazowy impuls dostarczany z elektrody w celu stymulacji neuronów w docelowym obszarze mózgu. Ten jednofazowy impuls rozchodzi się od elektrody, tworząc szerokie pole elektryczne, które stymuluje dużą populację neuronów. Często może to skutecznie zmniejszyć objawy motoryczne. Jednak wielu pacjentów z DBS doświadcza skutków ubocznych - spowodowanych stymulacją neuronów niedocelowych - i suboptymalnej kontroli objawów - spowodowanych nieodpowiednią stymulacją prawidłowego celu neuronalnego. Zdolność do ostrożnego manipulowania stymulującym polem elektrycznym w celu ukierunkowania na określone subpopulacje nerwowe może rozwiązać te problemy i poprawić wyniki pacjentów.

Wykazano, że modyfikacja przebiegu elektrycznego (np. czas trwania impulsu, polaryzacja impulsu itp.) determinują selektywność przestrzenną w funkcjonalnej stymulacji elektrycznej. Ponadto w niedawnym badaniu klinicznym po raz pierwszy zbadano ostre skutki neurostymulacji anodowej w porównaniu z katodową u 10 pacjentów z chorobą Parkinsona. Odkryli, że progi stymulacji anodowej były znacznie wyższe niż progi stymulacji katodowej, co jest zgodne z wcześniejszymi badaniami na zwierzętach i obliczeniami modelowymi. Jednak zgłosili również lepszy efekt kliniczny stymulacji anodowej w porównaniu do stymulacji katodowej. Ponadto badanie modelowe przeprowadzone przez Andersona i in. (2018) stwierdzili, że orientacje włókien mogą być selektywnie ukierunkowane w zależności od kształtu fali bodźca (tj. katodowe lub anodowe). W innym niedawnym badaniu zbadano wpływ aktywnego symetrycznego impulsu dwufazowego na 8 pacjentów z PD i 3 pacjentów z ET. Odkryli, że te kształty tętna powodowały znaczną poprawę kliniczną w porównaniu ze standardowym klinicznym kształtem tętna.

Oprócz symetrycznego kształtu impulsu dwufazowego, asymetryczny impuls wstępny wykazuje ogromny potencjał w zakresie udoskonalania terapii DBS. Jeśli impuls wstępny jest anodowy, ma efekt hiperpolaryzujący i dlatego jest określany jako impuls wstępny hiperpolaryzujący. Jeśli jest katodowy, ma działanie depolaryzujące w pobliżu elektrody i dlatego jest określany jako depolaryzujący impuls wstępny. Badania kliniczne koncentrowały się na wykorzystaniu asymetrycznych kształtów impulsów do poprawy selektywności przestrzennej poprzez selektywne wzbudzanie włókien w słuchaczach z implantem ślimakowym13-16. Badania modelowe wskazują, że hiperpolaryzujący impuls wstępny może w rzeczywistości obniżyć próg dla aksonów i że próg jest bardziej obniżony dla aksonów blisko elektrody niż aksonów dalej. Wskazuje to, że hiperpolaryzujący impuls wstępny może pomóc skupić efekty stymulacji na aksonach w pobliżu elektrody, prowadząc w ten sposób do zwiększenia okna terapeutycznego i potencjalnie skuteczniejszej kontroli objawów.

Dowody sugerują, że czasowe manipulacje (tj. stosowanie złożonych kształtów impulsów, w szczególności impulsów dwufazowych i asymetrycznych impulsów wstępnych) pola stymulacji mogą wykorzystywać różnice biofizyczne w neuronach w celu ukierunkowania na określone subpopulacje. Ostatecznie może to prowadzić do wydłużenia okna terapeutycznego i/lub skuteczniejszej kontroli objawów. W tym badaniu naszym celem jest zrozumienie mechanizmu neuronalnego leżącego u podstaw obserwowanych efektów klinicznych poprzez manipulowanie kształtami tętna, poprzez porównanie odpowiedzi neurofizjologicznych na standardowe kliniczne kształty tętna z reakcjami na złożone kształty tętna. Zostanie to osiągnięte za pomocą dwóch podejść. W ramach pierwszego podejścia zostaną zbadane reakcje nerwowe na różne kształty impulsów przy użyciu zapisów elektroencefalograficznych (EEG). Drugie podejście będzie polegało na badaniu odpowiedzi neuronalnych na różne kształty impulsów przy użyciu śródoperacyjnych zapisów potencjału pola lokalnego (LFP). Niniejsze badanie i protokół badawczy dotyczy wyłącznie zbierania zapisów EEG i LFP u pacjentów z DBS. Protokół nie obejmuje żadnych zabiegów chirurgicznych, które będą już wykonywane w ramach normalnej opieki klinicznej nad pacjentem.