O estudo BrainMap-DBS: análise de redes cerebrais usando a ressonância magnética 7-Tesla e magnetoencefalografia para estimulação cerebral profunda (BRAINMAP-DBS)

Estimulação cerebral profunda para a doença de Parkinson e o tremor essencial do efeito da estimulação cerebral profunda (DBS) depende da modulação de redes do cérebro motor disfuncional.1,2 Em média, é alcançada 50% de melhoria motora, usando avaliações motoras padronizadas. No entanto, aproximadamente 20% dos pacientes mostram benefício insuficiente, com menos de 30% de melhora.3,4 Para melhorar esses resultados, é necessária uma melhor colocação de eletrodos e seleção de programação de parâmetros elétricos DBS.5 Isso requer uma visualização mais avançada das intrincadas redes motoras; Tanto Anatômico (7-Tesla RM) quanto funcional (Meg) .11,12,13 Os implantes atuais de DBS são baseados em varreduras de 1,5 ou 3-Tesla MR. A resolução dessas varreduras, no entanto, não é suficiente para visualizar redes cerebrais, impedindo a colocação precisa do eletrodo diretamente nas partes do motor dentro do núcleo cerebral pequeno (tamanho de um feijão de café). Além da colocação de eletrodos guiados por ressonância magnética 7-Tesla, a programação será direcionada para influenciar as áreas motoras corticas, aplicando MEG, resultando em uma diminuição geral na atividade da rede disfuncional; Em vez do modelo "um cérebro" para todos, o DBS se torna específico do paciente, focado na própria rede cerebral.

Análise de rede cerebral usando a ressonância magnética 7-Tesla e MEG Os protocolos 7-Tesla RM e MEG já desenvolvidos por nosso grupo e relatados em (cinco) estudos serão aplicados.6,7,8,9,10 Nesses estudos, mostramos visualização indistortada de redes cerebrais usando ressonância magnética 7-Tesla e MEG em pacientes com doença de Parkinson submetidos a DBS e o potencial de aumentar a melhora no funcionamento motor em pelo menos 10%. A análise da rede de ressonância magnética 7-Tesla, gerada pela combinação de T2 e RM pondedada por difusão, mostra as subdivisões (coloridas) do núcleo cerebral e projeções corticais associadas. A análise da rede Meg, gerada a partir das gravações MEG, mostra quais regiões corticais são afetadas (aumento ou diminuição da atividade, resultando em cores diferentes) para cada um dos quatro contatos individuais de eletrodo. O co-registro da rede de ressonância magnética 7-Tesla, a rede MEG e a tomografia computadorizada será realizada para localização precisa do eletrodo. O resultado mostrará em que subdivisão o contato de eletrodo DBS está localizado (colocação), na qual a área cortical os projetos de subdivisão e quais padrões de atividade e mudanças são induzidos nas áreas corticais (ativação) .16 Os resultados dos testes clínicos do contato do eletrodo serão correlacionados (análises de regressão) com a análise da rede. Como toda a análise de rede será visualizada integrada na ressonância magnética, são possíveis análises individuais e análises de grupo (co-registro de redes de vários pacientes), bem como a aplicação do autoencoder variável. A localização e a programação do DBS com base na ressonância magnética 7-Tesla e na análise de rede MEG serão usadas para otimizar o resultado para efeitos clínicos benéficos (supressão de tremor, bradykinesia, rigidez) com minimizar efeitos colaterais (apatia, fala) .15

Para cada paciente, a gravação total de MEG levará 55 minutos. Nove curtos períodos de estimulação unilateral serão realizados com um dos oito contatos de eletrodos individuais e um gravação durante o DBS em uma sequência randomizada. O efeito do DBS na função motor (tremor, bradykinesia, rigidez, fala) é geralmente imediato e o tempo de avaliação é curto (minutos). As configurações do DBS podem ser temporariamente ajustadas durante as gravações do MEG, juntamente com a avaliação clínica.

Após a conclusão desse processo para todos os oito contatos do eletrodo, a análise da rede é realizada e mostrará o contato com eletrodo DBS (esquerda e direita) que (apenas) modula a rede cerebral motora. Quando o contato do eletrodo (programa DBS) que o paciente teve antes da inscrição difere do novo 'Programa Guiado da Rede Brain', conforme determinado pela análise de rede, este novo programa é adicionado ao sistema DBS. No novo programa, as margens para ajustar a amplitude da estimulação são configuradas para ajustes posteriores. O programa que o paciente teve antes da matrícula no estudo é mantido como um dos programas no dispositivo, que pode ser usado como uma 'opção de fuga' pelo paciente se as configurações recém -programadas tiverem um efeito clínico pior. Após três meses de DBS guiado por rede, as avaliações padronizadas das habilidades motoras (UPDRS-III, tetras) serão realizadas como parte dos cuidados clínicos padrão.

Este projeto foi estabelecido em estreita colaboração com cinco pacientes com DBS (pacientes pesquisadores). Eles identificaram a recuperação da independência como o efeito mais importante do DBS. Eles citaram o possível impacto adverso na cognição e humor (memória, fala, apatia) pelo DBS como sua principal preocupação. As preocupações discutidas foram incorporadas diretamente ao projeto.

Apenas poucos centros em todo o mundo têm uma ressonância magnética 7-Tesla e MEG e, portanto, disponibilizaremos esse conhecimento por meio de um banco de dados de acesso aberto. Aplicaremos as análises de rede no AutoEncoder variável (algoritmo de aprendizado de máquina, um tipo de inteligência artificial) para gerar modelos de previsão com a ajuda do Departamento de Engenharia e Física Biomédica (Amsterdam UMC) .14 A aplicação do aprendizado de máquina a um grande número de varreduras de alta resolução permite que a geração de modelos de rede (Connectomes) indique a localização e a programação mais ideais para o eletrodo DBS; diretamente aplicável a todos os grupos DBS.

Viabilidade Todo paciente submetido a DBS no Amsterdã UMC passa por uma ressonância magnética pré-operatória de 7-Tesla como parte dos cuidados padrão. Nos 450 7-Tesla MR-SCANs que realizamos até o momento, raramente encontramos implantes não compatíveis ou claustrofobia grave. Todo paciente passa por uma triagem com um questionário de segurança de ressonância magnética e detector de metais de ressonância magnética (impedindo a tomada de materiais ferromagnéticos para a ressonância magnética). A ressonância magnética 7-Tesla é uma técnica não invasiva que não causa dor e, principalmente, os campos eletromagnéticos não produzem nenhum dano de tecido conhecido de qualquer tipo. O sistema RM pode fazer tocar alto, batendo ou outros ruídos às vezes durante o procedimento. São fornecidos tampões para evitar problemas que podem estar associados ao ruído gerado pelo scanner. Em todos os momentos, o paciente será (visualmente) monitorado e poderá se comunicar com o tecnólogo de ressonância magnética 7-Tesla usando um sistema de intercomunicações. O paciente pode (solicitar) interromper a aquisição a qualquer momento usando o botão de pressão (segure pelo paciente continuamente).

As gravações MEG são não invasivas, sem dor e têm riscos desprezíveis. Com base na literatura e em nossa própria experiência em 40 pacientes, as gravações MEG durante o DBS são um procedimento seguro. Os participantes farão uma viagem extra ao MEG Center, localizado no Local VUMC. A alteração das configurações do DBS dentro dos limites declarados no passaporte DBS individual dos participantes é um procedimento livre de risco. Como os participantes estão em uma posição supina em uma cama confortável durante as gravações da MEG, não esperamos que eles experimentem sintomas motores inaceitáveis.

Pela primeira vez, a RM e a análise da rede MEG MEG será combinada de maneira prospectiva em larga escala; Introdução à rede específica de rede específica de rede DBS Posicionamento e programação.