Характеристика сложных форм импульсов при глубокой стимуляции мозга при двигательных расстройствах с использованием регистрации ЭЭГ и локальных полевых потенциалов (CHANNEL DBS)

Болезнь Паркинсона и эссенциальный тремор — это хронические двигательные расстройства, от которых нет лекарства. Когда лекарства больше не эффективны, рекомендуется глубокая стимуляция мозга (DBS). Стандартный DBS — это метод нейромодуляции, в котором используется простой монофазный импульс, подаваемый от электрода для стимуляции нейронов в целевой области мозга. Этот монофазный импульс распространяется от электрода, создавая широкое электрическое поле, которое стимулирует большую популяцию нейронов. Это часто может эффективно уменьшить моторные симптомы. Однако многие пациенты с DBS испытывают побочные эффекты, вызванные стимуляцией нецелевых нейронов, и субоптимальный контроль симптомов, вызванный неадекватной стимуляцией правильной нейронной мишени. Способность осторожно манипулировать стимулирующим электрическим полем для воздействия на определенные нейронные субпопуляции может решить эти проблемы и улучшить результаты лечения пациентов.

Было показано, что изменение формы электрического сигнала (например, длительность импульса, полярность импульса и др.) определяют пространственную избирательность при функциональной электростимуляции. Кроме того, в недавнем клиническом исследовании впервые были изучены острые эффекты анодной нейростимуляции по сравнению с катодной у 10 пациентов с БП. Они обнаружили, что пороги для анодной стимуляции были значительно выше, чем пороги для катодной стимуляции, что согласуется с предыдущими исследованиями на животных и модельными расчетами. Однако они также сообщили о лучшем клиническом эффекте анодной стимуляции по сравнению с катодной. Кроме того, исследование моделирования, проведенное Anderson et al. (2018) обнаружили, что ориентация волокон может быть выборочно нацелена в зависимости от формы волны стимула (т.е. катодный или анодный). В другом недавнем исследовании изучалось влияние активного симметричного двухфазного импульса на 8 пациентов с БП и 3 пациентов с ЭТ. Они обнаружили, что эта форма импульса приводит к значительным клиническим улучшениям по сравнению со стандартной клинической формой импульса.

Помимо симметричной двухфазной формы импульса, асимметричный предимпульс показывает большой потенциал для усовершенствования терапии DBS. Если предварительный импульс является анодным, он имеет гиперполяризующий эффект и поэтому называется гиперполяризующим предварительным импульсом. Если он катодный, он оказывает деполяризующий эффект вблизи электрода и поэтому называется деполяризующим предварительным импульсом. Клинические исследования были сосредоточены на использовании асимметричных форм импульсов для улучшения пространственной избирательности путем избирательного возбуждения волокон у слушателей с кохлеарными имплантами13-16. Исследования с моделированием показывают, что гиперполяризующий предварительный импульс может фактически снизить порог для аксонов и что порог снижается больше для аксонов, близких к электроду, чем для аксонов, расположенных дальше. Это указывает на то, что гиперполяризующий предимпульс может помочь сфокусировать эффекты стимуляции на аксонах вблизи электрода, что приведет к увеличению терапевтического окна и потенциально более эффективному контролю симптомов.

Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что временные манипуляции (т. Е. Использование сложных форм импульсов, особенно двухфазных импульсов и асимметричных предварительных импульсов) поля стимуляции могут использовать биофизические различия в нейронах для нацеливания на определенные субпопуляции. В конечном итоге это может привести к увеличению терапевтического окна и/или более эффективному контролю симптомов. В этом исследовании мы стремимся понять нейронный механизм, лежащий в основе клинических эффектов, наблюдаемых при манипулировании формами импульсов, путем сравнения нейрофизиологических реакций на стандартные клинические формы импульсов с реакциями на сложные формы импульсов. Это будет достигнуто с помощью двух подходов. Первый подход будет изучать нейронные реакции на различные формы импульсов с использованием записей электроэнцефалографии (ЭЭГ). Второй подход будет изучать нервные реакции на различные формы импульсов с использованием интраоперационных записей потенциала локального поля (LFP). Это исследование и протокол исследования относятся только к сбору записей ЭЭГ и LFP у пациентов с DBS. Протокол не распространяется на какие-либо хирургические процедуры, которые уже проводятся в рамках обычного клинического ухода за пациентом.