Mecanismos DBS e PD personalizados em tempo real

Embora muita pesquisa tenha sido dedicada à compreensão da fisiopatologia da doença de Parkinson (DP), a dinâmica neural subjacente à manifestação dos sinais motores permanece obscura. Estudos nas últimas duas décadas mostraram uma correlação da amplitude e incidência de oscilações da banda beta no núcleo subtalâmico (STN) e no segmento interno do globo pálido (GPi) com alterações na bradicinesia e rigidez mediadas por levodopa ou estimulação cerebral profunda ( terapias DBS). No entanto, nenhum estudo demonstrou de forma conclusiva ou dedutiva uma ligação causal. Uma limitação para estabelecer causalidade é a falta de ferramentas de neuromodulação disponíveis, capazes de controlar de forma previsível e precisa a atividade oscilatória neural no cérebro humano em tempo real, sem introduzir fatores de confusão. Estabelecer essas ferramentas e esclarecer se a relação das oscilações da banda beta com os sinais motores da DP é causal ou epifenômeno são passos críticos para entender melhor a fisiopatologia da DP e avançar a tecnologia DBS personalizada na DP e outras condições cerebrais. Este estudo visa abordar essas lacunas de tecnologia e conhecimento, aproveitando a engenharia de controle de feedback e ferramentas de modelagem computacional específicas do paciente.

Neste estudo, os investigadores empregarão uma abordagem de controle neural, referida como DBS de circuito fechado de interferência evocada (eiDBS), para caracterizar o grau pelo qual a supressão ou amplificação controlada de oscilações beta no STN e GPi influencia a bradicinesia e a rigidez na DP (Objetivo Específico 1, SA1). Os investigadores testarão a hipótese de que a supressão ou amplificação induzida por estimulação de oscilações beta no STN ou GPi resultará em mudanças na bradicinesia e medidas de rigidez. Em SA2, os investigadores empregarão medicação com levodopa para caracterizar como as mudanças na bradicinesia e rigidez se relacionam com variações na amplitude das oscilações neurais no STN, GPi e córtex motor primário (MC) evocado pela estimulação STN e GPi. Os investigadores testarão a hipótese de que a administração de levodopa resultará em uma diminuição na amplitude das oscilações beta evocadas por estimulação que se correlacionarão com mudanças na bradicinesia e rigidez. Os resultados do SA2 ajudarão a obter uma maior compreensão da dinâmica intrínseca do circuito associada à DP e a identificar estratégias para otimizar algoritmos DBS de circuito fechado (por exemplo, eiDBS) em face da terapia concomitante com levodopa, um passo para trazer esta tecnologia para clínicas futuras. ensaios. Combinando dados eletrofisiológicos com imagens de ressonância magnética (RM) de alta resolução (7T) e modelagem computacional, os investigadores examinarão quais vias neuronais específicas conectadas ao STN e GPi precisam ser ativadas para evocar respostas neurais específicas de frequência no STN, GPi e MC (SA3). Os dados do SA3 esclarecerão quais subcircuitos estão envolvidos na geração de oscilações beta espontâneas e evocadas por estimulação na DP, e informarão como usar cabos direcionais de DBS para moldar campos elétricos no STN e GPi para modular seletivamente o STN ou GPi via eiDBS ou outras técnicas de neuroestimulação. Os investigadores abordarão os três objetivos deste estudo com a participação de pacientes com DP implantados com derivações DBS no STN ou GPi, cujas extensões de derivação DBS serão externalizadas e conectadas à nossa infraestrutura de gravação e estimulação de circuito fechado.