Badanie BrainMap-DBS: Analiza sieci mózgu z wykorzystaniem MRI 7-TESLA i magnetoencefalografii do głębokiej stymulacji mózgu (BRAINMAP-DBS)

Głęboka stymulacja mózgu dla choroby Parkinsona i niezbędna drżenie Wpływ głębokiej stymulacji mózgu (DBS) opiera się na modulacji dysfunkcyjnych sieci mózgu motorycznej. 1,2 Osiągnięto średnio 50% poprawy silnika, przy użyciu znormalizowanych ocen motorycznych. Jednak około 20% pacjentów wykazuje niewystarczającą korzyść, z mniej niż 30% poprawą. 3,4 Aby poprawić te wyniki, potrzebne jest lepsze umieszczanie elektrod i wybór programowania parametrów elektrycznych DBS Wymaga to bardziej zaawansowanej wizualizacji skomplikowanych sieci motorycznych; Zarówno anatomiczne (7-Tesla MRI), jak i funkcjonalne (Meg) .11,12,13 Obecne implantacje DBS oparte są na skanach MR 1,5- lub 3-TESLA. Rozdzielczość tych skanów nie jest jednak wystarczająca do wizualizacji sieci mózgu, zapobiegając dokładnym umieszczeniu elektrody bezpośrednio w częściach motorycznych w małym (rozmiarze ziaren kawy) jądro mózgowe. Oprócz rozmieszczenia elektrody z MRI 7-TESLA, programowanie będzie ukierunkowane na wpływanie na obszary silnika korowych, poprzez zastosowanie MEG, co spowoduje ogólny spadek dysfunkcyjnej aktywności sieciowej; Zamiast modelu „jednego mózgu” dla wszystkich, DBS staje się w ten sposób specyficzny dla pacjenta, koncentrujący się na własnej sieci mózgu.

Analiza sieci mózgu z wykorzystaniem MRI 7-TESLA i MEG 7-TESLA MRI i protokoły MEG opracowane już przez naszą grupę i zgłoszone w (pięciu) badaniach. W tych badaniach wykazaliśmy niezakłóconą wizualizację sieci mózgu przy użyciu MRI 7-TESLA i MEG u pacjentów z chorobą Parkinsona, którzy przeszli DBS, oraz potencjał do zwiększenia poprawy funkcjonowania ruchowego o co najmniej 10%. Analiza sieci MRI 7-TESLA, generowana przez połączenie MRI ważonego T2 i dyfuzyjnego, pokazuje (kolorowe) podział jądra mózgu i powiązane projekcje korowe. Analiza sieci MEG, wygenerowana z zapisów MEG, pokazuje, na które regiony korowe są dotknięte (zwiększenie lub zmniejszenie aktywności, co skutkuje różnymi kolorami) dla każdego z czterech indywidualnych kontaktów elektrod. Współdzielanie sieci MRI 7-TESLA, sieci MEG i tomografii komputerowej zostanie wykonana w celu precyzyjnej lokalizacji elektrod. Wynik pokaże, w którym znajduje się podrewizja dbs-kontakt elektrody (umieszczenie), na którym obszar korowy projektuje podrewizyjne oraz jakie wzorce i zmiany aktywności są indukowane na obszarach korowych (aktywacja) .16 Kliniczne wyniki testu kontaktu elektrody będą następnie skorelowane (analizy regresji) z analizą sieci. Ponieważ cała analiza sieci zostanie wizualizowana zintegrowana z MRI, możliwe są zarówno indywidualne analizy, jak i analizy grupowe (wspólna rejestracja sieci wielu pacjentów), a także zastosowanie zmiennego autoencodera. Lokalizacja i programowanie DBS oparte na analizie sieci MRI 7-TESLA i MEG zostaną wykorzystane do optymalizacji wyniku dla korzystnych efektów klinicznych (supresja drżenia, bradykineza, sztywność) z minimalizacją skutków ubocznych (apatia, mowa) .15

Dla każdego pacjenta całkowite nagranie MeG potrwa 55 minut. Dziewięć krótkich okresów jednostronnej stymulacji zostanie przeprowadzonych z jednym z ośmiu indywidualnych kontaktów elektrod i jedno zapis podczas DBS w randomizowanej sekwencji. Wpływ DBS na funkcję motoryczną (drżenie, bradykineza, sztywność, mowa) jest zwykle natychmiastowy, a czas oceny jest krótki (minuty). Ustawienia DBS można tymczasowo dostosować podczas zapisów MeG wraz z oceną kliniczną.

Po zakończeniu tego procesu dla wszystkich ośmiu kontaktów elektrody przeprowadzana jest analiza sieci i pokaże elektrodę DBS (lewą i prawą), która (wyłącznie) moduluje sieć mózgu motorycznego. Gdy elektrod-kontakt (program DBS), który pacjent miał przed rejestracją, różni się od nowego „programu przewodnika w sieci mózgu”, zgodnie z analizą sieci, ten nowy program jest dodawany do systemu DBS. W nowym programie ustawione są marginesy dostosowywania amplitudy stymulacji dla późniejszych regulacji. Program, który pacjent miał przed zapisaniem się do badania, jest przechowywany jako jeden z programów na urządzeniu, który pacjent może być używany przez pacjenta jako „opcja ucieczki”, jeśli nowo zaprogramowane konfiguracje mają gorszy efekt kliniczny. Po trzech miesiącach sieci DBS Standaryzowane oceny umiejętności motorycznych (UPDRS-III, TETRAS) zostaną wykonane w ramach standardowej opieki klinicznej.

Projekt ten został utworzony w ścisłej współpracy z pięcioma pacjentami DBS (badacze pacjentów). Zidentyfikowali odzyskanie niezależności jako najważniejszy efekt DBS. Przytoczyli możliwy niekorzystny wpływ na poznanie i nastrój (pamięć, mowa, apatia) przez DBS jako główny problem. Omówiono obawy zostały bezpośrednio włączone do projektu.

Tylko kilka centrów na całym świecie ma skan MRI 7-TESLA i MEG, dlatego udostępnimy tę wiedzę za pośrednictwem bazy danych otwartego dostępu. Zastosujemy analizy sieciowe w zmiennym autoencoderze (algorytm uczenia maszynowego, rodzaj sztucznej inteligencji) do wygenerowania modeli prognoz przy pomocy Departamentu Inżynierii Biomedycznej i Fizyki (Amsterdam UMC) .14 Zastosowanie uczenia maszynowego do dużej liczby skanów o wysokiej rozdzielczości pozwala na generowanie modeli sieciowych (Connectomes), aby wskazać najbardziej optymalną lokalizację i programowanie dla elektrody DBS; Bezpośrednio dotyczy wszystkich grup DBS.

Wykonalność każdy pacjent przechodzący DBS w Amsterdamie UMC przechodzi przedoperacyjny MRI 7-TESLA w ramach standardowej opieki. W 450 7-TESLA MR-Scans, które do tej pory przeprowadziliśmy, rzadko spotykaliśmy niekompatybilne implanty lub ciężką klaustrofobię. Każdy pacjent przechodzi badania przesiewowe za pomocą kwestionariusza bezpieczeństwa MRI i detektorem metali MRI (zapobieganie przyjmowaniu materiałów ferromagnetycznych do MRI). 7-Tesla MRI jest nieinwazyjną techniką, która nie powoduje bólu i, co ważne, pola elektromagnetyczne nie wytwarzają żadnego znanego uszkodzenia tkanki. System MR może czasami wydawać głośne stukanie, pukanie lub inne odgłosy. Zniszczono, aby zapobiec problemom, które mogą być związane z szumem generowanym przez skaner. Przez cały czas pacjent będzie (wizualnie) monitorowany i będzie mógł komunikować się z technologiem MRI 7-TESLA za pomocą systemu interkomu. Pacjent może (poprosić) zatrzymać akwizycję w dowolnym momencie, używając przycisku (trzymaj przez pacjenta w sposób ciągły).

Nagrania Meg nie są nieinwazyjne, wolne od bólu i mają nieistotne ryzyko. W oparciu o literaturę i nasze własne doświadczenie u 40 pacjentów, nagrania MEG podczas DBS są bezpieczną procedurą. Uczestnicy odbywają jedną dodatkową podróż do MEG Center w Location Vumc. Zmiana ustawień DBS w granicach określonych w poszczególnych paszportach DBS uczestników jest procedurą wolną od ryzyka. Ponieważ uczestnicy znajdują się w pozycji na wznak podczas wygodnego łóżka podczas nagrań MeG, nie oczekujemy, że wystąpią one niedopuszczalne objawy motoryczne.

Po raz pierwszy analiza sieci MRI 7-Tesla i MEG zostaną połączone w perspektywiczny sposób; Wprowadzenie przez pacjenta sieć skierowaną do rozmieszczenia i programowania elektrody DBS.