Registrering och modulering av hjärnaktivitet genom kroniskt implanterade stimuleringselektroder (PDNeuroGAIT)

Detta projekt syftar till att dra nytta av de senaste tekniska innovationerna för att övervaka och modulera motoriska och neurala tillstånd kroniskt, för att heltäckande karakterisera gångbrist vid PD, och för att klargöra de förbättringar som inletts genom att variera DBS-parametrar.

De resulterande observationerna kommer att etablera en rigorös förståelse som kommer att öppna nya vägar för design av evidensbaserade, kliniskt relevanta DBS-strategier för rörelsestörningar.

Framsteg när det gäller användningen av neurala implantat för elektrisk neuromodulering av djupa hjärnstrukturer öppnar den unika möjligheten att undersöka funktionen hos dysfunktionella kretsar hos patienter som lider av en mängd olika neurologiska störningar.

Hittills har akuta experiment med implantat för djup hjärnstimulering (DBS), antingen i intraoperativa uppsättningar eller kort efter operation under så kallade "externaliseringsfaser", vidgat vår förståelse för de neurala signaturer som ligger bakom olika motoriska och icke- motoriska symtom och hjälpte till att optimera terapeutiska parametrar för att bättre hantera sådana försämringar.

Till exempel har DBS-terapier vid Parkinsons sjukdom (PD) förfinats under de senaste decennierna baserat på experiment som synergistiskt (i) utforskade och avslöjade avläsningar av rörelseprestanda som svar på ändrade stimuleringsparametrar, (ii) identifierade den underliggande neurala biomaren -kers från inspelningar av lokala fältpotentialer, och till och med (iii) testade slutna-loop-strategier som kan anpassas i realtid till pågående patientspecifika krav.

Dessa framsteg har mestadels tillämpats på (och varit framgångsrika för) att förbättra motoriska tecken i den övre extremiteten såsom tremor, bradykinesi eller stelhet, som uppvisar snabba dynamiska svar på förändringar i neuromodulation (inom intervallet av minuter), och som kan vara studeras i samband med enkla motoriska uppgifter med hjälp av tjudrade teknologier medan patienter sitter eller ligger säkert. Dessa förhållanden har gjort det möjligt att justera, ställa in och optimera parametrar baserat på enkla lätt mätbara avläsningar av motorisk dysfunktion, och att spela in neurala signaler med minimala rörelserelaterade artefakter under tiden.

Tyvärr är dessa enkla experimentella förhållanden inte tillämpliga på studiet av axiella motoriska tecken, såsom rörelse:

• För det första är gångstörningar mångfacetterade och högdimensionella: Funktionsnedsättningar är inte bara begränsade till benrörelser, utan påverkar också kritiskt koordinationen av nedre och övre extremiteterna, bål- och bäckensvängningar, hållning och balans. Deras karakterisering kräver således multimodala avkänningsteknologier och analytiska metoder som kan fånga alla dessa aspekter samtidigt.
• För det andra, uppkomsten av viktiga underskott (t.ex. frysning av gång) kräver beteendemässiga uppgifter som är mer fysiskt krävande och potentiellt riskfyllda, ofta med upprepade upprepningar av steg fram och tillbaka över längre avstånd eller i miljöer som liknar vardagsaktiviteter. Patienter måste därför vara i ett stabilt medicinskt tillstånd, och teknologier måste tillåta inspelningar av motoriska och neurala tillstånd att utföras trådlöst.
• Slutligen har moduleringen av neurala kretsar som kontrollerar gång avsevärt långsammare dynamik som svar på förändringar i DBS (upp till flera timmar10) än de som kontrollerar övre extremiteternas funktion, vilket innebär att övervaknings- och inställningsprotokoll sträcks ut i tid för att på lämpligt sätt fånga sådana förändringar.

Dessa krav framställer kritiskt behovet av att studera och utveckla nya terapier för gångstörningar i kroniskt tillstånd, med användning av multimodala teknologier som samtidigt kan registrera neurala och motoriska tillstånd på distans, i realtid och under långa tidsperioder.

Detta projekt syftar till att dra nytta av de senaste tekniska innovationerna för att övervaka och modulera motoriska och neurala tillstånd kroniskt, för att heltäckande karakterisera gångstörningar vid PD medan patienter utför en rad aktiviteter i det dagliga livet, och för att klargöra de förbättringar som åstadkoms av olika DBS-parametrar .

Under de senaste åren har en handfull studier föreslagit nya stimuleringsparadigm som syftar till att bättre inrikta sig på de neurala kretsar som kontrollerar nedre extremiteternas funktion under gång11. Till exempel försökte strategier kombinera olika DBS-frekvenser eller rikta in sig på ytterligare anatomiska mål. De lyfte alla fram lovande, men långt ifrån avgörande resultat. Hittills är de relevanta tillvägagångssätten för terapeutisk intervention fortfarande oklara och de underliggande mekanismerna i stort sett okända. Patienter utsätts fortfarande för livslånga, försvagande gångsvårigheter som allvarligt påverkar deras vardagliga rörlighet och självständighet: de känner sig ofta osäkra på att lämna sina hem på grund av den höga risken för fallrelaterade skador, behöver personlig assistans och ser i allmänhet sin livskvalitet avsevärt minskat.