Modulacja sieci korowej przez jądro podwzgórza DBS

Procedury badawcze obejmują testy motoryczne i poznawcze, kwestionariusze, skanowanie HD-DOT i skany MRI.

Cel protokołu badania Informacje te mogą prowadzić do wydajniejszej optymalizacji klinicznej DBS, zidentyfikować potencjalne cele korowe dla mniej inwazyjnej neuromodulacji i położyć podwaliny pod przyszłe, bardziej złożone manipulacje eksperymentalne w celu określenia pełnego zakresu odpowiedzi sieci korowej indukowanej STN DBS na ogniskowe zaburzenia elektryczne w górę strumienia, ujawniając podstawowe właściwości funkcjonalnej plastyczności sieci.

Uzasadnienie dla tego badania Głęboka stymulacja jądra podwzgórza (STN DBS) w chorobie Parkinsona (PD) może przynieść znaczne korzyści motoryczne, ale może również powodować niepożądane skutki uboczne związane z nastrojem i poznaniem. Chociaż mechanizmy neuronalne leżące u podstaw korzyści i skutków ubocznych nie są dobrze poznane, obecne hipotezy koncentrują się na potencjalnie mierzalnych, ale obecnie niezdefiniowanych skutkach w dalszych sieciach korowych. Ograniczenia obecnych narzędzi utrudniają próby bezpośredniej i dynamicznej oceny łączności sieciowej u ludzi z wszczepionym DBS; PET nie ma niezbędnej rozdzielczości czasowej, podczas gdy fMRI nie jest ani optymalny, ani bezpieczny dla pacjentów z wszczepionym DBS. W tej propozycji, aby przezwyciężyć te znaczące ograniczenia, badacze stosują metody rozproszonej tomografii optycznej o dużej gęstości (HD-DOT) w celu zbadania, w jaki sposób STN DBS moduluje funkcjonalne sieci korowe i zachowanie u pacjentów z PD.

Cele studiów Główny cel

1. Aby określić korowe nieprawidłowości FC w przedoperacyjnym PD za pomocą fMRI i HD-DOT. Badacze spodziewają się, że grupa PD zmniejszyła FC w sieci w porównaniu z kontrolami w RSN somatomotorycznych, słuchowych i wizualnych oraz zmniejszyła replikację FC między sieciami Gratton i in. fMRI zapewni wewnątrzgrupową i międzygrupową walidację HD-DOT dla korowego FC, a także umożliwi ocenę związku między RSN korowymi i podkorowymi/móżdżkowymi.

   Cel drugorzędny

2. Aby określić wpływ STN DBS na korowe FC z HD-DOT. Po tym, jak pacjenci z PD z celu 1 przejdą operację STN DBS i optymalizację kliniczną, pacjenci będą skanowani za pomocą HD-DOT w stanach ON i OFF STN DBS w sposób podwójnie ślepy i zrównoważony. Badacze wysuwają hipotezę, że STN DBS zmieni FC w obrębie i pomiędzy sieciami zidentyfikowanymi jako nieprawidłowe w Celu 1. Badacze porównają również skany HD-DOT przed i po operacji (OFF DBS), aby zrozumieć wpływ czasu/operacji na FC.
3. Aby określić, w jaki sposób zmiana FC kory mózgowej wywołana przez STN DBS odnosi się do anatomicznej lokalizacji kontaktów DBS. Do danych Celu 2 zostanie zastosowana metoda mapowania statystycznego 3D z kontrolą wielokrotnych porównań. Badacze wysuwają hipotezę, że zmiany FC wywołane przez STN DBS będą związane z lokalizacją kontaktu stymulującego, z większą liczbą kontaktów grzbietowych związanych z większą zmianą FC somatomotorycznej i większą liczbą kontaktów brzusznych związanych z większą zmianą FC czołowo-ciemieniowej.
4. Aby określić, w jaki sposób zmiana FC kory mózgowej wywołana przez STN DBS wiąże się ze zmianą zachowania. Pacjenci z PD przeprowadzą testy motoryczne, poznawcze i nastroju w stanach ON i OFF STN DBS. Badacze przetestują hipotezę, że odpowiedź motoryczna na DBS wiąże się ze zmianami w FC somatomotorycznym, a odpowiedź poznawcza odnosi się do zmian w FC czołowo-ciemieniowym.

Omówienie projektu badania lub podsumowanie projektu Pomiary MRI, fMRI, HD-DOT, motoryczne i poznawcze zostaną pozyskane od grupy pilotażowej, pacjentów z chorobą Parkinsona i kontroli. MRI/fMRI zbiera się w grupie pilotażowej, grupie kontrolnej i pacjentach z PD przed zabiegiem chirurgicznym. HD-DOT jest zbierany od wszystkich osób we wszystkich punktach czasowych (grupa pilotażowa, kontrole, PD przed i po operacji).

Wybór podmiotu i wycofanie się Badacze stosują projekt badania wewnątrzobiektowego i międzygrupowego. Nasz docelowy zbiór danych to 60 pacjentów z PD z STN DBS i 30 osób z grupy kontrolnej odpowiadającej wiekowi i płci, w oparciu o szacunki mocy i ograniczenia wykonalności. W pewnych okolicznościach badacz lub NIH może podjąć decyzję o wcześniejszym niż planowano zakończeniu udziału pacjenta w tym badaniu. Może się to zdarzyć bez powodu lub dlatego, że w ocenie PI kontynuowanie badania nie byłoby bezpieczne dla pacjenta, ponieważ jego stan się pogorszył, ponieważ pacjentka zaszła w ciążę, ponieważ skończyło się finansowanie badania naukowego lub ponieważ sponsor zdecydował o przerwaniu badań.

Plany Rekrutacji Przedmiotów i Proces Zgody Proces rekrutacji jest bardzo podobny dla każdej grupy. Istnieją cztery grupy uczestników: Grupa Pilotażowa, Grupa Kontrolna, Grupa STN DBS PD Pre-OP, Grupa STN DBS PD Post-Op. Populacja badana składa się z: 60 STN DBS PD, 30 uczestników kontroli i 10 uczestników grupy pilotażowej

* Uczestnicy DBS mogą należeć zarówno do grup STN DBS PD Pre-Op, jak i Post-OP lub do jednej lub drugiej.

Jeśli badacze napotkają nieoczekiwane trudności z rekrutacją pacjentów z PD przed zabiegiem chirurgicznym lub utrzymaniem pacjentów w badaniu przed zabiegiem chirurgicznym, badacze mogą rekrutować dodatkowych pacjentów STN DBS tylko po zabiegu chirurgicznym. W przypadku tych pacjentów, jeśli przedoperacyjny MRI nie jest dostępny, badacze nadal będą mogli analizować swoje dane HD-DOT, dostosowując model światła oparty na atlasie w celu wygenerowania profili czułości specyficznych dla podmiotu. Podczas gdy modele światła oparte na atlasie mogą wprowadzać błędy spowodowane wewnętrznymi różnicami strukturalnymi, badacze stwierdzili, że wynoszą one <5 mm.

Metoda randomizacji i zaślepienie Gromadzenie danych będzie miało miejsce, gdy stymulatory DBS są WŁĄCZONE lub WYŁĄCZONE. Stany wystąpią w zrównoważonej kolejności u pacjentów. Pacjenci z DBS i dr Ushe będą ślepi na stan stymulatorów DBS podczas zbierania danych. Przeszkolony członek personelu będzie włączał i wyłączał stymulatory DBS zgodnie ze schematem przeciwwagi.

Zagrożenia i korzyści Obrazowanie HD-DOT: HD-DOT wymaga umieszczenia optod (światłowodów) na skórze głowy. Diody elektroluminescencyjne użyte do pomiarów mają bardzo małą moc. Intensywność używana do monitorowania hemodynamiki mózgu będzie znacznie mniejsza niż ilość światła, jaką mózg otrzymałby podczas spaceru na świeżym powietrzu w słoneczny dzień, dlatego jest uważana za nieszkodliwą. Jak dotąd nie zaobserwowano żadnego zagrożenia. Co ważne, jeśli pacjent poczuje się niekomfortowo lub wystąpi jakikolwiek nagły wypadek, pacjent może poprosić o przerwę od nasadki obrazującej lub o wstrzymanie lub przerwanie eksperymentu. Pacjenci będą w kontakcie z badaczem przez cały czas trwania badania.

Prawdopodobne: Chociaż nie ma znanych zagrożeń związanych z obrazowaniem w bliskiej podczerwieni, pacjenci mogą odczuwać zmęczenie, krótkotrwały dyskomfort mięśniowo-szkieletowy (sztywność) lub znudzenie z powodu trzymania głowy nieruchomo przez dłuższy czas i wykonywania powtarzalnych zadań.

Mniej prawdopodobne: Nasadka obrazowania jest mocno zamocowana za pomocą paska podbródkowego. W niektórych przypadkach pasek może nieprzyjemnie naciskać na podbródek, a ciasno dopasowana nasadka może powodować ciepło w głowie pacjenta. Gdyby takie sytuacje miały miejsce, czapkę można ponownie wyregulować, aby poprawić komfort.

Rzadko: Chociaż jest to mało prawdopodobne, końcówki optod (źródeł i detektorów) mogą nieprzyjemnie naciskać lub ocierać o skórę głowy. Jeśli optody staną się w ogóle bolesne, pacjenci mogą natychmiast powiadomić badacza, a sesja zostanie zakończona.

Obrazowanie MRI: Pacjenci zostaną poddani badaniu MRI, jeśli uczestnicy należą wyłącznie do grupy pilotażowej, kontrolnej lub grupy przedoperacyjnej. Możliwe, że nie wszyscy uczestnicy Grupy Pilotażowej zostaną przeskanowani, ponieważ liczba przeskanowanych uczestników będzie ograniczona do liczby skanów potrzebnych do przetestowania protokołu obrazowania MRI. Przeglądając wypełniony formularz bezpieczeństwa MRI, zostanie ustalone, czy wykonanie badania MRI jest bezpieczne dla pacjentów. MRI wykorzystuje silne pola magnetyczne i słabe fale radiowe. Ich wielkość i czas trwania ekspozycji będą podobne do stosowanych przez radiologa w standardowym zastosowaniu klinicznym MRI. Uważa się, że te ekspozycje są wyjątkowo bezpieczne i obecnie nie ma ograniczeń co do liczby badań MRI, które można wykonać w ciągu życia. Oczywiście istnieje możliwość, że istnieje jakieś nieznane ryzyko.

Pacjenci mogą czuć się nieswojo wewnątrz skanera MRI, jeśli nie lubią przebywać w zamkniętych przestrzeniach („klaustrofobia”). Podczas zabiegu pacjenci będą mogli rozmawiać z personelem MRI przez system głośników. Pacjenci mogą w każdej chwili poprosić personel o przerwanie skanowania. Badacze zapewnią również pacjentom szansę przyzwyczajenia się do przebywania w skanerze MRI, zanim badanie zostanie wykonane w naszym pozorowanym (praktycznym) skanerze MRI.

Skaner MRI wytwarza głośny dźwięk młotka, który spowodował utratę słuchu u bardzo małej liczby pacjentów. Pacjenci otrzymają zatyczki do uszu, aby zmniejszyć to ryzyko.

Istnieje ryzyko oparzeń, które mogą być poważne.

Jeśli pacjentka ma urządzenie takie jak rozrusznik serca, sprzęt kostny lub urządzenie umieszczone w macicy, może wystąpić dodatkowe ryzyko. Śledczy sprawdzą, jakie urządzenia mogą mieć pacjenci i poinformują personel o tych zagrożeniach. Ogólnie rzecz biorąc, zagrożenia te mogą obejmować:

• nagrzewanie lub ruch urządzenia
• awaria urządzenia
• uszkodzenie tkanki otaczającej urządzenie.

JEŚLI PACJENCI MAJĄ JAKIEKOLWIEK CHIRURGICZNIE WŁOŻONY METALOWY PRZEDMIOT LUB WYSTĘPOWALI W HISTORII ZABURZENIA RYTMU SERCA, NIE BĘDĄ DOPUSZCZENI DO UCZESTNICTWA, PONIEWAŻ SĄ TO ZNANE RYZYKA. TE KWESTIE ZOSTANĄ ROZWIĄZANE PRZED PIERWSZĄ WIZYTĄ.

Prawdopodobne: Leżenie w skanerze MRI przez około 90 minut może powodować fizyczny dyskomfort związany z próbą leżenia nieruchomo. Niektórzy ludzie odczuwają bóle mięśni i bóle podczas leżenia na plecach. Zostanie to zminimalizowane poprzez zapewnienie poduszek w punktach nacisku i pod kolanami zgodnie z życzeniem.

Mniej prawdopodobne: brak Rzadko: brak

Jak wspomniano powyżej, istnieją pewne kryteria, które mogą uniemożliwić pacjentom wykonanie rezonansu magnetycznego w ramach tego badania. Jeśli pacjenci mają jakiekolwiek metalowe przedmioty w swoim ciele lub historię zaburzeń rytmu serca, udział w badaniu nie zostanie dopuszczony, ponieważ są to znane zagrożenia. Ponadto, ze względu na następujące warunki, uczestnicy zostaną również wykluczeni z badania za spełnienie któregokolwiek z poniższych warunków:

• kolczyki w okolicy głowy, ramion lub szyi, których nie można usunąć;
• wszelkie tatuaże na głowie, ramionach lub szyi (w tym tatuaże kosmetyczne, takie jak konturówka do oczu i/lub konturówka do ust);
• urządzenia medyczne, takie jak pompa insulinowa lub ciągły glukometr, których nie można zdjąć przez 90 minut;
• komplet szelek (góra i dół).

Ponieważ wiele elementów garderoby, takich jak odzież sportowa, zawiera metal, jako dodatkowy środek ostrożności, przed badaniem MRI personel badawczy poprosi pacjentów o przebranie się w jednorazową koszulę i spodnie. Pacjenci otrzymają prywatną strefę, w której będą mogli przebrać się w bezpieczną odzież do MRI oraz prywatną strefę, w której będą mogli przebrać się z powrotem w odzież po badaniu MRI.

Stan wyłączenia leku: Pacjenci z PD będą odstawieni od leków na noc przed dniem badania. Zwiększy to objawy motoryczne doświadczane przez uczestników, nawet w stanie ON DBS.

Prawdopodobne: Ryzyko związane z odstawieniem leków na noc obejmuje nasilenie objawów choroby Parkinsona, takich jak sztywność, drżenie, spowolnienie i/lub brak równowagi.

Mniej prawdopodobne: Pacjenci mogą odczuwać postrzegane trudności z mową, trudności w znajdowaniu słów, ogólne uczucie dyskomfortu lub niepokoju i/lub zmiany nastroju.

Rzadko: Brak

Zmiany ustawień DBS: U pacjentów z DBS stymulatory będą WYŁĄCZONE lub WŁĄCZONE. Stan WŁĄCZENIA będzie miał ustawienia zwykle używane w opiece klinicznej. W związku z tym zagrożenia są związane tylko ze stanem WYŁĄCZENIA i faktycznym przełączaniem warunków, ale zwykle nie ze stanem WŁĄCZENIA. Żaden z powszechnie występujących skutków ubocznych WYŁĄCZANIA lub włączania/wyłączania nie jest niebezpieczny, trwały ani nie wymaga interwencji innej niż zmiana ustawień stymulatora.

Prawdopodobne: W stanie WYŁĄCZONYM pacjenci mogą odczuwać znaczny wzrost objawów motorycznych.

Mniej prawdopodobne: Podczas zmiany warunków stymulacji pacjenci mogą odczuwać tymczasowe odczucia, ruchy, trudności z mówieniem, ogólne uczucie dyskomfortu lub niepokoju, skurcze mięśni, niewyraźne widzenie, zamykanie powiek, drętwienie, mrowienie lub zmiany nastroju.

Rzadko: Brak

Kobiety zdolne do zajścia w ciążę: zostaną poproszone o wykonanie testu ciążowego przed rozpoczęciem tego badania. Kobiety muszą stosować skuteczne metody kontroli urodzeń i starać się nie zajść w ciążę podczas udziału w tym badaniu. Jeśli kobieta zajdzie w ciążę, mogą wystąpić nieznane zagrożenia dla nienarodzonego dziecka lub zagrożenia dla nienarodzonego dziecka, których badacze nie przewidzieli. Mogą wystąpić długoterminowe skutki badanego leczenia, które mogą zwiększyć ryzyko szkodliwego działania na nienarodzone dziecko. Pacjenci muszą poinformować lekarza, jeśli ich metoda kontroli urodzeń zawiedzie podczas badania. Jeśli pacjentka uważa lub wie, że uczestniczka zaszła w ciążę podczas udziału w tym badaniu, zostanie poproszona o jak najszybszy kontakt z członkiem zespołu badawczego wskazanym na początku tego dokumentu.

Pacjentki w ciąży nie mogą brać udziału w tym badaniu. Jeśli pacjentki są w stanie zajść w ciążę, badacze przeprowadzą test ciążowy przed narażeniem uczestniczek na promieniowanie związane z badaniami. Pacjenci muszą nas poinformować, jeśli zaszły w ciążę w ciągu ostatnich 14 dni, ponieważ test ciążowy jest niewiarygodny w tym czasie.

Jeśli pacjent jest aktywnym seksualnie mężczyzną, ważne jest, aby partnerka nie zaszła w ciążę podczas udziału w tym badaniu. Mogą istnieć nieznane zagrożenia dla nienarodzonego dziecka lub ryzyka, których badacze nie przewidzieli. Uczestnik i jego partner muszą wyrazić zgodę na stosowanie antykoncepcji, aby wziąć udział w tym badaniu. Jeśli pacjentka uważa lub wie, że jej partnerka zaszła w ciążę podczas udziału w tym badaniu, proszona jest o jak najszybszy kontakt z członkiem zespołu badawczego wskazanym na początku tego dokumentu.

Naruszenie poufności: Jednym z zagrożeń związanych z udziałem w tym badaniu jest przypadkowe ujawnienie poufnych informacji o pacjencie. Śledczy dołożą wszelkich starań, aby zapewnić bezpieczeństwo informacji o pacjentach.

Wcześniejsze wycofanie uczestników W pewnych okolicznościach badacz lub NIH może podjąć decyzję o wcześniejszym niż planowano zakończeniu udziału pacjenta w tym badaniu. Może się to zdarzyć bez powodu lub dlatego, że w ocenie PI kontynuowanie badania nie byłoby bezpieczne dla pacjenta, ponieważ jego stan się pogorszył, ponieważ pacjentka zaszła w ciążę, ponieważ skończyło się finansowanie badania naukowego lub ponieważ sponsor postanowił przerwać badania.

Kiedy i jak wycofać uczestników Jeśli pacjent czuje się zbyt niekomfortowo w jakimkolwiek stanie DBS lub po odstawieniu leku, pacjent zostanie wycofany z badania. Dr Ushe lub przeszkolony personel będzie obecny podczas wszystkich dni badania, aby nadzorować ten aspekt badania.

Procedury badania Badanie przesiewowe pod kątem kwalifikowalności Uczestnicy we wszystkich czterech grupach zostaną poddani badaniu przesiewowemu przy użyciu formularza weryfikacji włączenia/wyłączenia w celu określenia uprawnień do badania.

Harmonogram pomiarów Pomiary funkcji poznawczych: W celu scharakteryzowania i badań przesiewowych pacjenci z chorobą Parkinsona zostaną przebadani przed i po zabiegu chirurgicznym, a grupa kontrolna zostanie przebadana raz za pomocą Montrealskiej Oceny Poznawczej (MoCA; krótkie narzędzie przesiewowe w kierunku łagodnych dysfunkcji poznawczych, u osób z punktacją < 22 zostaną wykluczone. W celu zwiększenia bezpieczeństwa uczestników i zminimalizowania czasu spędzonego w środowisku testowym z powodu COVID 19, telefon MoCA lub wersja wirtualna (obie zweryfikowane) zostaną przekazane potencjalnym uczestnikom, którzy posiadają sprzęt potrzebny do ich ukończenia, na 24-72 godziny przed ich wizyta studyjna. Aby rozpocząć tworzenie wspólnej baterii testów, która mogłaby być wykorzystana w przyszłych badaniach, badacze przeprowadzą podzbiór testów zestawu narzędzi NIH, który jest odpowiedni dla osób w wieku od 3 do 85 lat, a więc będzie działał w naszym przedziale wiekowym (50-75) teraz i w przyszłości przyszłość, jeśli uczestnicy będą dalej śledzeni. Celem tego zestawu narzędzi jest zapewnienie „wspólnej waluty” funkcji poznawczych, którą można następnie wykorzystać do porównania różnych badań oraz monitorowania funkcji neurologicznych i behawioralnych w czasie. Nasza decyzja o dodaniu zadań z Zestawu narzędzi NIH jest motywowana chęcią ustalenia pewnych podobieństw w przyszłych testach i zidentyfikowania bardziej specyficznych komponentów poznawczych niż jest to możliwe w przypadku typowych wielowymiarowych klinicznych testów neuropsychologicznych. Istnieje znaczna lokalna wiedza specjalistyczna z NIH Cognitive Toolbox z siedzibą w WU, która może być wykorzystana do ułatwienia nam korzystania z tego narzędzia. Wybrane zadania to: 1) Test słownictwa obrazkowego; do uzupełnienia przez uczestnika, mierzy słownictwo receptywne (4 min). Dokładność przyczyni się do domeny werbalnego IQ 2) Test pamięci sekwencji obrazów; ocenia pamięć epizodyczną i trwa 7 minut. Dokładność procentowa przyczyni się do domeny pamięci. 3) Kontrola hamowania flankera i test uwagi; mierzy uwagę i kontrolę hamującą (3 min). Dokładność przyczyni się do domeny funkcji wykonawczych. 4) Test Sortowania Kart Zmian Wymiarowych; mierzy elastyczność poznawczą (4 min). Dokładność prób z przełączeniem i bez przełączenia przyczyni się do domeny funkcji wykonawczych. 5) Test pamięci roboczej sortowania listy; ocenia pamięć operacyjną i wymaga sekwencjonowania bodźców prezentowanych wzrokowo i ustnie. Dokładność przyczyni się do domeny funkcji wykonawczych. 6) Test Rozpoznawania Czytania Ustnego; uczestnik zostanie poproszony o wykonanie krótkiego testu czytania, który dostarczy szacunkowego IQ. 7) Zadanie wyszukiwania informacji; Zadanie polega na dokonywaniu wyborów między zdjęciami stosów monet na podstawie dostępnych informacji o ryzyku. Wydajność odzwierciedla indywidualną tolerancję ryzyka i skłonność do cenienia informacji. Dane te zostaną wykorzystane w celu zapewnienia podobieństwa ogólnego poziomu poznawczego w grupach i podgrupach i mogą różnić się od niektórych analiz. Po każdym bloku skanowania badani wykonają test kontroli hamowania flankera i uwagi, test pamięci roboczej sortowania listy, test sortowania kart zmiany wymiarów i zadanie wyszukiwania informacji. Wpływ STN DBS na te procesy kontroli poznawczej został zbadany i powtórzony przez inne grupy.

Pomiary nastroju: Badani otrzymają Geriatryczną Skalę Oceny Depresji (GDRS; kwestionariusz oceniający objawy depresji) oraz Spielberger Trait Anxiety Instrument (STAI; kwestionariusz dotyczący objawów lękowych w ciągu całego życia). Badacze zastosowali te środki w naszych poprzednich badaniach STN DBS. Pacjenci z chorobą Parkinsona wypełnią te kwestionariusze przed i po operacji; kontrole wypełnią kwestionariusze podczas rejestracji. Podczas każdej sesji badań obrazowych badani wykonają Wizualne Skale Analogowe (VAS), które oceniają zgłaszane przez nich pobudzenie i wartościowość nastroju. Ten test jest krótki, powtarzalny, czuły i zatwierdzony. Dane VAS zostaną wykorzystane do określenia wpływu lokalizacji stymulacji na ogólną zmianę wartościowości nastroju i pobudzenia oraz kierunku tych zmian. Badacze z powodzeniem stosowali te metody w naszych poprzednich badaniach PD i STN DBS.

Akwizycja obrazu: Obrazowanie MRI/fMRI: Skanowanie MRI zostanie przeprowadzone u pacjentów z grupy kontrolnej i pacjentów z PD przed operacją. Obrazy te zostaną zebrane na 3T Siemens PRISMA i obejmują: (i) sekwencję 3D MPRAGE (T1) (TR=2500 ms, TI=1070 ms, TE=2,9 ms, FA=8°, 1,0 mm3 woksele, *6 :09-8:42 min); (ii) sekwencja ważona T2 (TR=3200 ms, TE=564 ms, 1,0 mm3 wokseli, *4:42-6:51 min); (iii) czuły fMRI BOLD (TR=1230 ms, TE=33 ms, 2,4 mm3 wokseli, 11:10 min) zarówno dla zadania, jak i rs-fcMRI oraz (iv) mapa pola asymetrycznego echa spinowego (ASE) (TR =6470 ms, TE=60 ms, woksele 2,4 mm3, 0:26 min), (v) i jeśli pozwala na to czas, dwa zestawy 99 kierunków DWI zarówno przy b1500, jak i b3000 (TR=3500 ms, TE=83 ms, 2,0 mm3 woksele, 6:14 min), ponieważ pozwoli to lepiej zidentyfikować anatomię podkorową pacjenta, co jest przydatne w lokalizacji kontaktu. W przypadku skanów T1 i T2 krótkie nawigatory wolumetryczne obrazowania echoplanarnego 3D są osadzone w długiej sekwencji 3D, a uzyskane objętości obrazu są rejestrowane w celu oszacowania lokalizacji podmiotu w skanerze kosztem mniejszym niż 500 ms, ∼ 1% zmiana kontrastu i ∼3% zmiana intensywności. Podane są minimalne i maksymalne czasy akwizycji; rzeczywiste czasy zależą od ilości wymaganej korekty ruchu.

Obrazowanie HD-DOT: Nasze oprzyrządowanie HD-DOT zapewnia elastyczną infrastrukturę do rozszerzania pola widzenia w celu bezpośredniego celowania w dodatkowe obszary w korze ruchowej i wokół niej, które mają być modulowane przez STN DBS. Badacze niedawno rozszerzyli dwa z naszych trzech dużych systemów FOV HD-DOT do 128 źródeł i 128 detektorów. Śledczy przeniosą ten projekt DBS do jednego z tych systemów 128x128. Aby zlokalizować nasadkę na głowie, badacze zmierzą odległość między fiducialami na matrycy optodowej a głową za pomocą zautomatyzowanego podejścia fotometrycznego. Anatomiczne punkty orientacyjne oparte na systemie międzynarodowym 10/20 (w tym nasion, inion, punkty przeduszne i Cz) zostaną wykorzystane do punktów fiducial. Aby zapewnić odpowiednie sprzężenie optod na całej nasadce, wyświetlacz przedstawia odczyty w czasie rzeczywistym średniego poziomu światła w każdej optodzie oraz poziomu szumów każdej pary źródła i detektora. Jeśli którakolwiek metryka jest słaba (optoda z poziomem światła <1% wartości średnich lub poziomem szumu >7,5% odcięcia), stosuje się ukierunkowane indywidualne dopasowanie włókien w celu poprawy wierności danych. Pomiary są wykonywane na głębokość 2 cm od skóry głowy (>1 cm w głąb kory mózgowej) z gładkim profilem czułości. Aby wygenerować dokładny model propagacji światła w głowie badanego, należy oszacować kształt i wewnętrzną strukturę głowy oraz rozmieszczenie źródeł i detektorów. Czułość HD-DOT dla danego pacjenta jest modelowana przy użyciu anatomii głowy uzyskanej z MRI pacjenta. T1 i T2 służą do podzielenia głowy na pięć domniemanych obszarów tkanki, z których każdy ma unikalne właściwości optyczne: skóra głowy (i tkanka miękka), czaszka, płyn mózgowo-rdzeniowy (CSF), istota szara i istota biała. FreeSurfer służy do przeprowadzenia wstępnej segmentacji, która jest następnie udoskonalana i rozszerzana o skórę głowy i czaszkę za pomocą własnych niestandardowych programów. Tetraedryczne siatki o dużej gęstości (średnia odległość międzywęźli 1,5 mm) są następnie generowane z segmentowanej objętości przy użyciu NIRVIEW. Pozycje źródła i detektora do modelowania elementów skończonych (MES) są umieszczane na głowicy zgodnie z podejściem do relaksacji sprężyny. Rozwiązanie metodą elementów skończonych przybliżenia dyfuzji do równania transportu radiacyjnego w przestrzeni anatomicznej pacjenta jest generowane za pomocą zestawu narzędzi NIRFAST. To rozwiązanie daje macierz czułości, która wiąże zmianę poziomu światła mierzoną na powierzchni z lokalną zmianą absorpcji w węzłach w całej objętości. Macierz czułości jest następnie ponownie próbkowana i interpolowana do izotropowej przestrzeni wokseli o długości dwóch mm, a następnie odwracana z przestrzennie zależną regularyzacją. Aby złagodzić błędy we względnej pozycji umieszczenia czapki, badacze wykorzystają wywołane odpowiedzi z zadania filmowego jako funkcjonalne lokalizatory, aby zoptymalizować rejestrację czapki na głowie.

Zadania: (fMRI i HD-DOT) Stymulacja wzrokowa: Migoczące bodźce szachownicy z radialnymi, odwracającymi się (10 Hz), logarytmicznymi czarno-białymi siatkami (odwrócenie 10 Hz) na 50-procentowym szarym tle. Bieg będzie składał się z 10 bloków, trwających 8 min. Stymulacja słuchowa: paradygmat językowy do aktywacji kory słuchowej. Słowa (krótkie rzeczowniki proste) prezentowane będą w seriach składających się z 6 bloków trwających 4 minuty. Film: Wszystkie obiekty zostaną sfotografowane podczas oglądania 10-minutowego klipu filmowego. Przetwarzanie wzrokowe i słuchowe niskiego poziomu zostanie wykorzystane do mapowania kory słuchowej i wzrokowej, podczas gdy przetwarzanie mowy i ciał na wyższym poziomie zostanie zmapowane przy użyciu bardziej szczegółowych funkcji. Zapewnią one dodatkową funkcjonalną lokalizację w ramach każdego przedmiotu. Filmy komercyjne oferują interesującą strategię mapowania funkcji mózgu, ponieważ są łatwe do przestrzegania przez osoby badane, ograniczają ruch, umożliwiają równoległe mapowanie wielu funkcji mózgu i zostały zweryfikowane pod kątem standardowych bodźców i paradygmatów odpoczynku stosowanych w fMRI. Stan spoczynku: 3 przebiegi po 10 minut zostaną zarejestrowane z otwartymi oczami, unieruchomionymi na krzyżyku na środku ekranu w stanie spoczynku.

Bezpieczeństwo i zdarzenia niepożądane oraz monitorowanie bezpieczeństwa i zgodności PI i współbadacze będą monitorować badanie pod kątem zgodności z protokołem, gromadzenia danych i zdarzeń niepożądanych. Przeglądy monitoringu danych i bezpieczeństwa będą przeprowadzane co pół roku. Ponadto corocznie będzie prowadzony monitoring danych i badań wraz z lokalną Instytucjonalną Radą Rewizyjną.

Nasz plan obejmuje między innymi następujące funkcje:

1. Przegląd zdarzeń niepożądanych: cały personel, który będzie miał kontakt z uczestnikami i/lub danymi, jest przygotowany do zidentyfikowania zdarzeń niepożądanych i został poinstruowany, aby niezwłocznie zgłaszać ich wystąpienie głównemu badaczowi.
2. Zgłaszanie poważnych zdarzeń niepożądanych: W mało prawdopodobnym przypadku poważnego zdarzenia niepożądanego główni badacze we współpracy z odpowiednim personelem podejmą odpowiednie działania w celu zgłoszenia zdarzenia do Biura ds. HRPO.
3. Kryteria przerwania badania: Nie przewiduje się okoliczności uzasadniających przerwanie badania. Jeżeli jednak wystąpią jakiekolwiek okoliczności zagrażające bezpieczeństwu uczestników, zostanie to zgłoszone kierownikom badań, którzy wstrzymają badania do czasu, gdy odpowiednie zabezpieczenia pozwolą na kontynuację badania.
4. Wykwalifikowana osoba (osoby) monitorująca badanie: Główny badacz i współpracownicy mają doświadczenie w tej dziedzinie badań i są wykwalifikowani do monitorowania badania.

Definicje zdarzeń niepożądanych Protokół będzie zgodny z ustalonymi wytycznymi określonymi przez IRB ds. zdarzeń niepożądanych.

Procedury gromadzenia danych dotyczące zdarzeń niepożądanych Procedury gromadzenia danych dotyczące zdarzeń niepożądanych będą zgodne z ustalonymi wytycznymi IRB.

Procedury sprawozdawcze Procedury sprawozdawcze będą zgodne z ustalonymi wytycznymi IRB.

Okres zgłaszania zdarzeń niepożądanych Procedury zgłaszania będą zgodne z ustalonymi wytycznymi IRB.

Zgłaszanie zdarzeń niepożądanych po badaniu Zdarzenia niepożądane występujące po badaniu będą zgodne z ustalonymi wytycznymi IRB.

Analizy: Kliniczne, behawioralne i pochodne dane obrazowe zostaną poddane kontroli jakości i dwukrotnie wprowadzone do bezpiecznej bazy danych REDCap. Badacze zbadają płeć jako mediator różnic między grupami i efekty wywołane przez DBS, chociaż efekty te nie są specjalnie postawione hipotezy. Wszystkie testy statystyczne będą dwustronne z poziomem istotności 0,05 i wykonywane przy użyciu SAS 9.4 (SAS, Cary, NC) i R. Szczególna uwaga zostanie zwrócona na to, aby dane spełniały założenia wymagane dla określonej strategii analitycznej. Gdy wymagane założenia zostaną naruszone, badacze zbadają wykorzystanie transformacji danych i potencjalnie przeprowadzą analizę półparametryczną lub nieparametryczną. Planowane analizy dla każdego celu są następujące. Łącznie analizy te zdefiniują indukowaną przez STN DBS modulację korowych sieci czynnościowych i jej związek ze zmianami w zachowaniu wywołanymi przez STN DBS.

Metody statystyczne Analiza statystyczna 3D (3D Stat): 3D Stat, opracowana przez członków naszego zespołu, zostanie wykorzystana do testowania hipotez dotyczących związku między lokalizacją kontaktu (zaczerpniętą z Ovid) a RSN. Dla każdej zależnej miary (np. zmiany siły korelacji RSN, objawów motorycznych, funkcji poznawczych) zostaną wygenerowane 4 mapy statystyczne: 1) Obraz N, który pokazuje liczbę stymulowanych kontaktów, które dostarczyły danych do każdego woksela mapy , czyli w granicach 1,3 mm. Woksele o N < 6 nie będą uwzględniane w dalszych krokach mapowania. 2) Średni ważony obraz, zawierający średnią ważoną miary zależnej dla wszystkich osób, przy czym bliższe kontakty mają wyższą wagę. 3) Obraz t przedstawiający ważone wartości t pochodzące z testów t dla pojedynczej próbki, porównujących miarę zależną dla każdego woksela do zera. 4) Obraz p zawierający wartości p dla testu t dla każdego woksela (przykład patrz Ryc. 16). Biorąc pod uwagę liczbę wokseli testowanych w ten sposób, konieczna jest korekcja wielokrotnego porównania dla błędu typu 1 i błędu próbki. Aby sprawdzić, czy anatomiczna lokalizacja każdego kontaktu DBS znacząco przyczyniła się do zmiennej zależnej, badacze stosują test permutacji. Dla każdej miary zostanie wygenerowany wynik podsumowujący odzwierciedlający zasięg i amplitudę znaczących wokseli na obrazie p. Ten wynik podsumowania zostanie porównany z 1000 wynikami podsumowania wygenerowanymi w podobny sposób, ale z losowo wybranych par lokalizacji aktywnych kontaktów i zmiennej zależnej. Badacze wezmą pod uwagę wartość p ≤ 0,05 (tj. sumaryczny wynik, który umieściłby go w pierwszej 50 z 1000 losowych permutacji danych), aby wskazać, że lokalizacja DBS znacząco przyczyniła się do zmiennej zależnej.

. Procedury odślepiania Personel zbierający dane HD-DOT i pacjent będą ślepi na stan DBS podczas zbierania danych dla grupy pooperacyjnej. Po przeprowadzeniu analizy surowych danych personel zaangażowany w analizę zostanie odblokowany na stan DBS dla każdego przedmiotu, aby personel mógł przeprowadzić analizę następnego poziomu.

Poufność i bezpieczeństwo Poufność będzie zachowana zgodnie z obowiązującymi przepisami stanowymi i federalnymi. Dane podmiotu zostaną zakodowane numerycznie w celu ochrony indywidualnej tożsamości. W prezentacjach i publikacjach nie będą używane żadne identyfikatory. Wszystkie dane będą przechowywane w zamkniętych szafkach lub na komputerach w prywatnej, bezpiecznej sieci chronionej zaporą ogniową PIX, z dostępem zdalnym dozwolonym tylko przez połączenia wirtualnej sieci prywatnej, zgodnie z wytycznymi HIPAA. Pacjenci zostaną poinformowani o wszystkich zagrożeniach przed udziałem. Uczestnicy zostaną poinformowani, że istnieje możliwość przerwania udziału w badaniu w dowolnym momencie, że istnieje alternatywa nieuczestniczenia w badaniu i że nie wpłynie to na opiekę medyczną nad pacjentami. Ubezpieczenie nie zostanie naliczone. Cały kluczowy personel zaangażowany w projektowanie lub prowadzenie badań z udziałem ludzi otrzyma wymagane wykształcenie w zakresie ochrony uczestników badań na ludziach oraz wytycznych HIPAA przed finansowaniem tego projektu. Zgoda zostanie uzyskana w warunkach prywatnych w pomieszczeniu, w którym odbędzie się eksperyment.

Źródło finansowania i konflikty interesów Narodowe Instytuty Zdrowia (NIH)

Plan publikacji Publikacje zostaną przygotowane po zakończeniu gromadzenia danych i analiz, prawdopodobnie jesienią 2024 r.