Caracterização de Formas de Pulso Complexas em Estimulação Cerebral Profunda para Distúrbios do Movimento Usando EEG e Registros de Potencial de Campo Local (CHANNEL DBS)

A doença de Parkinson e o tremor essencial são distúrbios crônicos do movimento para os quais não há cura. Quando a medicação não é mais eficaz, a estimulação cerebral profunda (DBS) é recomendada. O DBS padrão é um método de neuromodulação que usa um pulso monofásico simples, fornecido por um eletrodo para estimular neurônios em uma área cerebral alvo. Esse pulso monofásico se espalha a partir do eletrodo, criando um amplo campo elétrico que estimula uma grande população neural. Muitas vezes, isso pode efetivamente reduzir os sintomas motores. No entanto, muitos pacientes com DBS apresentam efeitos colaterais - causados ​​pela estimulação de neurônios não-alvo - e controle de sintomas abaixo do ideal - causados ​​pela estimulação inadequada do alvo neural correto. A capacidade de manipular cuidadosamente o campo elétrico estimulante para atingir subpopulações neurais específicas poderia resolver esses problemas e melhorar os resultados dos pacientes.

Foi demonstrado que a modificação da forma de onda elétrica (por exemplo, duração do pulso, polaridade do pulso, etc.) determinam a seletividade espacial na estimulação elétrica funcional. Além disso, um estudo clínico recente examinou pela primeira vez os efeitos agudos da neuroestimulação anódica em comparação com a neuroestimulação catódica em 10 pacientes com DP. Eles descobriram que os limiares para estimulação anódica foram significativamente maiores do que os limiares para estimulação catódica, o que está de acordo com pesquisas anteriores em estudos com animais e cálculos de modelo. No entanto, eles também relataram um melhor efeito clínico da estimulação anódica em comparação com a estimulação catódica. Além disso, um estudo de modelagem de Anderson et al. (2018) descobriram que as orientações das fibras podem ser direcionadas seletivamente, dependendo da forma de onda do estímulo (ou seja, catódico ou anódico). Outro estudo recente examinou o efeito de um pulso bifásico simétrico ativo em 8 pacientes com DP e 3 com TE. Eles descobriram que essas formas de pulso produziram melhorias clínicas significativas em comparação com a forma de pulso clínica padrão.

Além do formato de pulso bifásico simétrico, o pré-pulso assimétrico apresenta grande potencial para o refinamento da terapia DBS. Se o pré-pulso for anódico, ele tem um efeito hiperpolarizante e, portanto, é chamado de pré-pulso hiperpolarizante. Se for catódico, tem um efeito despolarizante próximo ao eletrodo e, portanto, é chamado de pré-pulso despolarizante. Estudos clínicos enfocaram o uso de formatos de pulso assimétricos para melhorar a seletividade espacial por meio da excitação seletiva de fibras em ouvintes de implante coclear13-16. Estudos de modelagem indicam que um pré-pulso hiperpolarizante pode realmente diminuir o limiar dos axônios e que o limiar diminui mais para os axônios próximos ao eletrodo do que para os axônios mais distantes. Isso indica que um pré-pulso hiperpolarizante pode ajudar a focar os efeitos da estimulação nos axônios próximos ao eletrodo, levando assim a um aumento na janela terapêutica e a um controle potencialmente mais eficiente dos sintomas.

As evidências sugerem que as manipulações temporais (ou seja, o uso de formas de pulso complexas, especificamente pulsos bifásicos e pré-pulsos assimétricos) do campo de estimulação podem explorar diferenças biofísicas em neurônios para atingir subpopulações específicas. Em última análise, isso pode levar a um aumento da janela terapêutica e/ou controle mais eficiente dos sintomas. Neste estudo, pretendemos entender o mecanismo neural subjacente aos efeitos clínicos observados pela manipulação das formas de pulso, comparando as respostas neurofisiológicas às formas de pulso clínicas padrão com as respostas às formas de pulso complexas. Isso será alcançado usando duas abordagens. A primeira abordagem estudará as respostas neurais a diferentes formas de pulso usando gravações de eletroencefalografia (EEG). A segunda abordagem estudará as respostas neurais a diferentes formas de pulso usando registros intraoperatórios de potencial de campo local (LFP). Este protocolo de estudo e pesquisa refere-se apenas à coleta de registros de EEG e LFP em pacientes com DBS. O protocolo não cobre nenhum procedimento cirúrgico, que já ocorrerá como parte do atendimento clínico normal do paciente.