Undersöker hämmande kontrollnätverk vid Parkinsons sjukdom

Rörelsestörningar är en framträdande orsak till funktionshinder över hela världen. I USA uppskattas det att mer än 4 miljoner människor lider av Parkinsons sjukdom (PD), essentiell tremor (ET) och dystoni, några av de vanligaste neurologiska störningarna. Av dessa är PD den vanligaste och kännetecknas främst av tremor, stelhet och bradykinesi. Men många patienter har också framträdande icke-motoriska egenskaper, inklusive depression och kognitiv funktionsnedsättning, med brister i bearbetningshastighet, minne, uppmärksamhet och inlärning. En av de mest försvagande kognitiva bristerna är responsinhibition (RI), eller oförmågan att undertrycka en vanemässig handling. PD-patienter har betydande svårigheter med RI och rapporterar dess betydande bidrag till att begränsa deras livskvalitet. Medan vissa studier visar att dopamin kan förbättra denna aspekt av kognitiv funktion, förblir många patienter avsevärt nedsatt.

RI manifesterar sig kliniskt på många olika och viktiga sätt, med minskad mental flexibilitet, uppgiftsbyte och koncentration. RI kan också bidra till motorisk funktionsnedsättning, med gångdysfunktion, fall och frysning av gång. Tyvärr är dessa egenskaper hos PD och RI mindre väl studerade och saknar effektiva behandlingsalternativ, vilket kräver att nya behandlingar undersöks. Djup hjärnstimulering (DBS), medan en mycket effektiv behandling för motoriska manifestationer, är i huvudsak ineffektiv för, och kan till och med förvärra kognition, med få studier som för närvarande undersöker hur olika parametrar kan förbättra NMS. I ett försök att börja ta itu med dessa försvagande egenskaper hos PD, föreslår utredarna att studera RI hos patienter med rörelsestörningar, och att korrelera rörelse och kognition med underliggande neural elektrofysiologi före och under uppgifter med rörelse och responshämning.

Under rutinmässig DBS-kirurgi implanteras den stimulerande elektroden med hjälp av intraoperativa inspelningar i vaket tillstånd. Dessa rutininspelningar gör det möjligt för neurologer och neurokirurger att direkt observera neuronavfyrning i hjärnan och identifiera karakteristiska mönster för att avgränsa anatomiska strukturer. Väl på plats testas DBS-elektroden med hjälp av stimuleringsparametrar som är kända för att vara kliniskt effektiva för motorisk funktionsnedsättning. Detta möjliggör akuta, intraoperativa tester för terapeutisk nytta och biverkningar, och ger information om hur en patient kommer att svara på behandlingen när kranialelektroden är ansluten till batteriet och påslagen.

Utöver denna rutininspelning och stimulering ger denna inställning också en unik möjlighet att studera neural elektrofysiologi, med minimal ökad risk. Genom att mäta hjärnaktivitet i de yttre lagren (cortex) samt från själva DBS-elektroden, medan patienter utför olika uppgifter, är det möjligt att korrelera beteendefunktion och neural aktivitet. Vårt center, och flera andra, har redan forskningsparadigm på plats för att uppnå dessa mål, genom att placera en subdural stripelektrod över cortex innan DBS-ledningen placeras. Dessa remselektroder ligger längs hjärnans yta och har historiskt använts i flera decennier för att utföra anfallskartläggning, typiskt som en uppsättning elektroder placerade via ett borrhål. Deras användning har bara nyligen implementerats för undersökning av neurala kretsar under DBS-kirurgi, men deras säkerhet i denna specifika miljö är nu väletablerad, och deras tillfälliga placering utförs för närvarande i liknande studier vid denna institution. Men även om tidigare studier har placerat dessa remsor över prefrontala områden, är den stora majoriteten av forskningen inom detta område fokuserad på motoriska kretsar, med placering över sensorimotorisk cortex. För att studera NMS kommer remsor att placeras över prefrontal cortex, med inspelningar gjorda under olika motoriska och kognitiva uppgifter och under olika stimuleringsmönster.