Rejestracja i modulacja aktywności mózgu poprzez chronicznie wszczepione elektrody stymulujące (PDNeuroGAIT)

Projekt ten ma na celu wykorzystanie najnowszych innowacji technologicznych do ciągłego monitorowania i modulowania stanów motorycznych i nerwowych w celu kompleksowego scharakteryzowania deficytów chodu w chorobie Parkinsona oraz wyjaśnienia ulepszeń wprowadzanych przez różne parametry DBS.

Uzyskane w ten sposób obserwacje doprowadzą do ścisłego zrozumienia, które otworzy nowe możliwości projektowania opartych na dowodach, istotnych klinicznie strategii DBS dla deficytów lokomotorycznych.

Postępy w stosowaniu implantów neuronowych do elektrycznej neuromodulacji głębokich struktur mózgu otwierają wyjątkową okazję do badania funkcji dysfunkcyjnych obwodów u pacjentów cierpiących na różnorodne zaburzenia neurologiczne.

Do tej pory ostre eksperymenty z użyciem implantów głębokiej stymulacji mózgu (DBS), zarówno w konfiguracjach śródoperacyjnych, jak i krótko po operacji podczas tak zwanych faz „eksternalizacji”, poszerzyły nasze zrozumienie sygnatur neuronalnych, które leżą u podstaw różnych motorycznych i nie- objawy motoryczne i pomogły zoptymalizować parametry terapeutyczne, aby lepiej radzić sobie z takimi upośledzeniami.

Na przykład terapie DBS w chorobie Parkinsona (PD) zostały udoskonalone w ciągu ostatnich dziesięcioleci w oparciu o eksperymenty, które w sposób synergiczny (i) zbadały i odkryły odczyty wydajności ruchowej w odpowiedzi na zmieniające się parametry stymulacji, (ii) zidentyfikowały podstawowy biomar neuronów -kers z nagrań lokalnych potencjałów polowych, a nawet (iii) przetestował strategie zamkniętej pętli, które są w stanie dostosować się w czasie rzeczywistym do bieżących wymagań specyficznych dla pacjenta.

Postępy te zostały w większości zastosowane (i odniosły sukces) w poprawie objawów motorycznych kończyn górnych, takich jak drżenie, spowolnienie ruchowe lub sztywność, które wykazują szybkie reakcje dynamiczne na zmiany neuromodulacji (w zakresie minut) i które można badano w kontekście prostych zadań motorycznych z wykorzystaniem technologii na uwięzi, podczas gdy pacjenci bezpiecznie siedzą lub leżą. Warunki te umożliwiły dostrajanie, dostrajanie i optymalizację parametrów w oparciu o proste, łatwe do zmierzenia odczyty dysfunkcji motorycznych, a w międzyczasie rejestrowanie sygnałów neuronowych z minimalnymi artefaktami związanymi z ruchem.

Niestety, te proste warunki eksperymentalne nie mają zastosowania do badania osiowych znaków motorycznych, takich jak lokomocja:

• Po pierwsze, deficyty chodu są wielopłaszczyznowe i wielowymiarowe: upośledzenia nie ograniczają się tylko do ruchów nóg, ale także krytycznie wpływają na koordynację kończyn dolnych i górnych, oscylacje tułowia i miednicy, postawę i równowagę. Ich charakterystyka wymaga zatem multimodalnych technologii wykrywania i metod analitycznych zdolnych do uchwycenia wszystkich tych aspektów jednocześnie.
• Po drugie, pojawienie się kluczowych deficytów (np. zamrożenie chodu) wymaga wykonywania zadań behawioralnych, które są bardziej wymagające fizycznie i potencjalnie ryzykowne, często obejmują wielokrotne powtarzanie chodzenia tam iz powrotem na dłuższych dystansach lub w środowiskach przypominających codzienne czynności. Dlatego pacjenci muszą być w stabilnym stanie medycznym, a technologie muszą umożliwiać bezprzewodowe rejestrowanie stanów motorycznych i nerwowych.
• Wreszcie, modulacja obwodów nerwowych kontrolujących chód ma znacznie wolniejszą dynamikę w odpowiedzi na zmiany DBS (do kilku godzin10) niż te kontrolujące funkcję kończyny górnej, co narzuca protokoły monitorowania i dostrajania, które są rozciągnięte w czasie, aby odpowiednio uchwycić takie zmiany.

Wymagania te krytycznie wskazują na potrzebę zbadania i opracowania nowych terapii deficytów chodu w stanie przewlekłym, przy użyciu multimodalnych technologii, które mogą jednocześnie zdalnie rejestrować stany nerwowe i motoryczne, w czasie rzeczywistym i przez długi czas.

Projekt ten ma na celu wykorzystanie najnowszych innowacji technologicznych do ciągłego monitorowania i modulowania stanów motorycznych i nerwowych w celu wszechstronnego scharakteryzowania deficytów chodu w chorobie Parkinsona, podczas gdy pacjenci wykonują szereg codziennych czynności, oraz wyjaśnienia poprawy, jaką przynoszą różne parametry DBS .

W ostatnich latach w kilku badaniach zaproponowano nowe paradygmaty stymulacji mające na celu lepsze ukierunkowanie obwodów nerwowych kontrolujących funkcje kończyn dolnych podczas chodu11. Na przykład strategie miały na celu połączenie różnych częstotliwości DBS lub ukierunkowanie na dodatkowe cele anatomiczne. Wszyscy podkreślili obiecujące, ale dalekie od rozstrzygających wyników. Do tej pory odpowiednie podejścia do interwencji terapeutycznej pozostają niejasne, a leżące u ich podstaw mechanizmy są w dużej mierze nieznane. Pacjenci nadal borykają się z trwającymi całe życie, wyniszczającymi trudnościami w chodzie, które poważnie wpływają na ich codzienną mobilność i niezależność: często czują się niepewnie opuszczając swoje domy ze względu na wysokie ryzyko urazów związanych z upadkiem, wymagają pomocy osobistej i ogólnie oceniają jakość swojego życia znacząco się zmniejszył.