Personliga DBS- och PD-mekanismer i realtid

Även om mycket forskning har ägnats åt att förstå patofysiologin för Parkinsons sjukdom (PD), är den neurala dynamiken som ligger bakom manifestationen av motoriska tecken fortfarande oklar. Studier under de senaste två decennierna har visat en korrelation mellan amplituden och förekomsten av betabandsvängningar i den subthalamiska kärnan (STN) och det inre segmentet av globus pallidus (GPi) med förändringar i bradykinesi och stelhet medierade av levodopa eller djup hjärnstimulering ( DBS) terapier. Ändå har ingen studie slutgiltigt eller deduktivt visat ett orsakssamband. En begränsning för att fastställa kausalitet är bristen på tillgängliga neuromoduleringsverktyg som kan förutsägbart och exakt kontrollera neural oscillerande aktivitet i den mänskliga hjärnan i realtid utan att introducera förvirrande faktorer. Att etablera dessa verktyg och klargöra huruvida sambandet mellan betabandsvängningar och PD motoriska tecken är kausalt eller epifenomen är kritiska steg för att bättre förstå PD patofysiologi och föra fram personlig DBS-teknik vid PD och andra hjärntillstånd. Denna studie syftar till att ta itu med dessa teknologi- och kunskapsluckor genom att utnyttja feedbackkontrollteknik och patientspecifika beräkningsmodelleringsverktyg.

I denna studie kommer utredarna att använda en neural kontrollmetod, kallad framkallad interferens closed-loop DBS (eiDBS), för att karakterisera graden med vilken kontrollerad undertryckning eller förstärkning av beta-oscillationer i STN och GPi påverkar bradykinesi och stelhet i PD (Specifikt mål 1, SA1). Utredarna kommer att testa hypotesen att stimuleringsinducerad undertryckning eller förstärkning av beta-oscillationer i STN eller GPi kommer att resultera i förändringar i bradykinesi och stelhetsmått. I SA2 kommer utredarna att använda levodopa-medicin för att karakterisera hur förändringar i bradykinesi och stelhet relaterar till variationer i amplituden av neurala svängningar i STN, GPi och primära motoriska cortex (MC) framkallade av STN- och GPi-stimulering. Utredarna kommer att testa hypotesen att administrering av levodopa kommer att resultera i en minskning av amplituden av stimuleringsframkallade beta-oscillationer som kommer att korrelera med förändringar i bradykinesi och stelhet. Resultaten från SA2 kommer att hjälpa till att få en större förståelse för den inneboende kretsdynamiken associerad med PD och identifiera strategier för att optimera slutna DBS-algoritmer (t.ex. eiDBS) inför samtidig levodopaterapi, ett steg för att föra denna teknologi till framtida kliniska prövningar. Genom att kombinera elektrofysiologiska data med högupplöst (7T) magnetisk resonans (MR) avbildning och beräkningsmodellering kommer utredarna att undersöka vilka specifika neuronala vägar kopplade till STN och GPi som behöver aktiveras för att framkalla frekvensspecifika neurala svar i STN, GPi och MC (SA3). Data från SA3 kommer att belysa vilka underkretsar som är involverade i genereringen av stimuleringsframkallade och spontana beta-svängningar i PD, och informera om hur man använder riktade DBS-ledningar för att forma elektriska fält i STN och GPi för att selektivt modulera STN eller GPi via eiDBS eller andra neurostimuleringstekniker. Utredarna kommer att ta itu med de tre syftena med denna studie med deltagande av PD-patienter implanterade med DBS-ledningar i STN eller GPi, vars DBS-ledningsförlängningar kommer att externiseras och kopplas till vår inspelnings- och stimuleringsinfrastruktur med sluten slinga.