Тета-глубокая стимуляция мозга для улучшения когнитивных функций при болезни Паркинсона

Цель: Целью предлагаемого исследования является проверка способности тета-стимуляции STN модулировать когнитивные процессы у пациентов с БП, напрямую воздействуя на ассоциативные схемы STN.

Гипотеза: Мы предполагаем, что тета-стимуляция ассоциативной цепи STN улучшит производительность при выполнении когнитивных задач по сравнению с контрольным состоянием, где стимуляция нацелена на сенсомоторную цепь STN.

Методы Анализ мощности: Учитывая ранее сообщаемые умеренные размеры эффекта (d Коэна = 0,57), мы ожидаем, что потребуется набрать 27 субъектов для внутрисубъектного дизайна с мощностью 0,8 и уровнем альфа 0,05.

Субъекты: Пациенты с системами глубокой стимуляции мозга будут набраны из клиники DBS Ванкуверской больницы общего профиля. Субъекты будут включены, если у них есть STN DBS, предоперационная и послеоперационная визуализация (чтобы обеспечить возможность реконструкции электрода) и прошло не менее трех месяцев после операции. Субъекты будут исключены, если они не смогут выполнить когнитивную задачу (из-за языкового барьера или деменции) или если у них возникнут серьезные осложнения, связанные с DBS.

Дизайн исследования: Это одиночный слепой, рандомизированный, перекрестный дизайн с повторными измерениями внутри субъекта, оценивающий взаимодействие между местом стимуляции и модификацией поведения. Субъекты не будут знать условия стимуляции.

Идентификация ассоциативной сети STN и оптимальной конфигурации электродов: прежде чем субъект прибудет для стимуляции, мы реконструируем расположение электрода, используя конвейер в LeadDBS. Вкратце, предоперационная МРТ и послеоперационная КТ будут совмещены и впоследствии нелинейно нормализованы в стандартном пространстве. Электроды будут идентифицированы и реконструированы с использованием алгоритма PaCER, реализованного в LeadDBS. Используя индивидуальную реконструкцию электродов каждого субъекта, мы рассчитаем VTA, которые по-разному задействуют ассоциативную область STN и сенсомоторную область STN. Соответствующие конфигурации электродов будут использоваться во время когнитивной задачи.

Базовая когнитивная оценка: каждый субъект пройдет базовое когнитивное скрининговое обследование (Монреальская когнитивная оценка, MOCA), которое будет использоваться в качестве ковариаты в будущем анализе. Это будет сделано в рамках обычного обследования перед операцией DBS.

Theta DBS: Субъекты будут приходить в клинику в состоянии отсутствия приема лекарств, чтобы помочь контролировать известный нелинейный вклад дофамина в рабочую память. Им предстоит пройти компьютеризированное задание на рабочую память, стимулируя их в каждом из четырех условий. Этим условиям будут соответствовать 1) ВЫКЛ, 2) тета-стимуляция (6 Гц) ассоциативной области STN (целевое состояние), 3) тета-стимуляция сенсомоторной области STN (условие анатомического контроля) и 4) высокочастотная (135 Гц ) стимуляция ассоциативной области STN (условие контроля частоты). Эти условия будут рандомизированы внутри каждого субъекта путем создания случайного целого числа (1–4) без повторов. Мы сохраним постоянную амплитуду и ширину импульса (2,5 мА, 90 мкс). После изменения настроек стимуляции подождем 5-10 минут, прежде чем приступить к задаче на рабочую память. Мы спросим субъекта, есть ли какие-либо нежелательные побочные эффекты стимуляции (например, парестезия). Если у субъекта наблюдается парестезия или он жалуется на стимуляцию иным образом, мы уменьшим амплитуду на 0,5 мА. Если мы не сможем провести стимуляцию, пациент будет исключен из исследования. Непосредственно перед началом задания на рабочую память испытуемые пройдут краткое двигательное обследование, состоящее из пунктов Единой шкалы оценки болезни Паркинсона III. В конце сеанса субъекты снова будут переведены на свою клинически оптимизированную программу и будут принимать лекарства в соответствии со своим обычным графиком.

Задача на рабочую память: модифицированная задача Штернберга будет представлена ​​с использованием портативного компьютера.

Статистический анализ: Нашим основным результатом будет эффективность рабочей памяти во время каждого условия стимуляции, оцененная с помощью линейной модели смешанного эффекта. Модель будет задана как эффективность рабочей памяти ~ возраст + MoCA + условие стимуляции + исходное когнитивное состояние * условие стимуляции + порядок стимуляции + (1|субъект). Наша гипотеза заключается в том, что основное влияние условий стимуляции на производительность рабочей памяти будет апостериорные t-тесты одного образца, демонстрирующие улучшение состояния тета-ассоциативного STN по сравнению с другими состояниями. Мы также ожидаем увидеть эффект взаимодействия исходного когнитивного процесса с условиями стимуляции. Основываясь на предыдущей литературе, мы предполагаем, что у субъектов с более низким исходным уровнем когнитивных функций будет большее улучшение во время ассоциативной стимуляции области STN. Включив переменную порядка стимуляции, мы сделаем поправку на возможность того, что работоспособность субъектов будет снижаться с течением времени (из-за усталости) независимо от условий стимуляции. Дополнительный анализ будет оценивать двигательные характеристики во время каждого условия стимуляции, исходя из гипотезы, что высокочастотная стимуляция приведет к снижению двигательных показателей по сравнению с низкочастотной стимуляцией. Мы также проведем поспешный анализ, чтобы оценить взаимосвязь между выполнением задач и функциональными и структурными связями между STN и ассоциативными сетями, предполагая, что существует некоторая вариабельность силы индивидуальной связи.