Upośledzenie komunikacji nerwowo-mięśniowej w chorobie neuronu ruchowego: biomarker do wczesnej i spersonalizowanej diagnozy (MotorMarker)

Stwardnienie zanikowe boczne (ALS) lub choroba neuronu ruchowego (MND) to śmiertelna choroba neurodegeneracyjna, która prowadzi do postępującej utraty funkcji motorycznych. Leczenie ALS pozostaje nierozwiązanym wyzwaniem i pomimo intensywnych badań, diagnoza i terapia nie są jeszcze odpowiednio spersonalizowane. Nowe terapie i jakość opieki po postawieniu diagnozy można poprawić dzięki wczesnej diagnozie na poziomie indywidualnego pacjenta, umożliwiając dostosowaną opiekę i zindywidualizowane leczenie.

Aby spersonalizować diagnozę, potrzebne są wiarygodne biomarkery ilościowe, umożliwiające wczesne wykrycie początku choroby i rozróżnienie różnych podtypów choroby. W szczególności zbadano kilka biomarkerów pod kątem zastosowania w ALS, w tym oszacowanie liczby jednostek motorycznych (MUNE), indeks liczby jednostek motorycznych (MUNIX), pobudliwość korowa w przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (TMS), koherencja międzymięśniowa EMG, rezonans magnetyczny (MR) i inne techniki obrazowania oraz sygnatury EEG. Jednak użyteczność diagnostyczna tych technik, zwłaszcza niedrogich, nieinwazyjnych zapisów elektrycznej aktywności mięśni – dwubiegunowej lub elektromiografii powierzchniowej o dużej gęstości (sEMG) oraz elektrycznej aktywności mózgu – elektroencefalografii powierzchniowej (sEEG) – jest ograniczona: biomarkery są nie jest silnie powiązany z mechanizmami neurofizjologicznymi dotkniętymi ALS.

Układ motoryczny człowieka obejmuje 2 podsystemy: układ motoryczny α bezpośrednio unerwia neurony ruchowe i interneurony rdzeniowe oraz układ γ, który moduluje czujniki pętli odruchowych mięśni, aby pośrednio przyczyniać się do aktywacji mięśni. Te 2 systemy tworzą nerwowo-mięśniową sieć komunikacyjną i kontrolną, przez którą sygnały neuronowe są przekazywane do iz mięśni w celu skoordynowanego ruchu. W ALS dochodzi do zakłócenia funkcji zarówno górnych, jak i dolnych neuronów ruchowych. W niższych neuronach ruchowych degeneracja układu motorycznego α rozpoczyna się przed układem γ, zmieniając w ten sposób względny udział układu α ​​i γ, co zniekształca wzorce komunikacji nerwowo-mięśniowej w ruchach. Dlatego interesujące jest rozróżnienie i oddzielenie sygnatur elektrofizjologicznych, które odzwierciedlają wzorce komunikacji sieci sensomotorycznej odnoszące się do każdego podsystemu pod względem funkcji i dysfunkcji, które z kolei mogą działać jako biomarkery. W określonych podgrupach SLA, tj. Pierwotne stwardnienie boczne (PLS) i postępujący zanik mięśni (PMA) - występuje selektywna degeneracja odpowiednio górnych lub dolnych neuronów ruchowych. Dlatego należy spodziewać się bardziej konkretnych zmian we wzorcach komunikacji sieciowej.

Aby przeanalizować cechy cybernetyczne (komunikacja, sterowanie i przekazywanie informacji), należy przeanalizować sygnały elektrofizjologiczne z kilku punktów układu nerwowo-mięśniowego jako wzajemnie połączonej sieci. Można to osiągnąć poprzez wspólną rejestrację i zaawansowaną analizę współzmienności wzorców w EMG/EEG, m.in. (kierunkowa) koherencja korowo-mięśniowa i kierunkowe oddziaływanie sieci podczas czynnościowych zadań motorycznych. Postawiono hipotezę, że środki komunikacji nerwowo-mięśniowej oparte zarówno na EEG, jak i EMG (wskaźniki zmian patofizjologicznych, mierzone jako sieć) lepiej odzwierciedlają początek i podtypy ALS niż pomiary oparte na EEG lub EMG w izolacji (wskaźniki zmian strukturalnych, mierzone w węzłach) .

Pomyślne rozróżnienie sygnatur elektrofizjologicznych może być wykorzystane do diagnozowania ALS, co może być również przydatne w zakresie lepszej opieki nad pacjentem i rozwoju nowatorskiej rehabilitacji neuromotorycznej.