使用 DBS 探测基底神经节功能障碍

这项研究调查了基底神经节如何导致震颤、运动迟缓和肌肉痉挛等运动症状。 基本的研究方法是在患者有症状时从基底神经节的部位进行记录，这样脑电波就可以与症状/体征相关联。 一旦脑电波与异常运动的某个方面有关，研究人员就可以通过在拾取脑电波时触发刺激来尝试并确认其在功能或功能障碍中的核心作用。 对于刺激，研究人员将使用与临床相同的高频刺激 (130 Hz)，因为这被认为可以有效抑制刺激部位的神经活动。 因此，如果给定的脑电波在例如减慢运动方面很重要，那么只要这个脑电波很大就触发刺激，可以预期运动速度会增加。

研究人员希望遵循这个两阶段程序来记录从基底神经节部位获取的不同大脑活动在帕金森病、肌张力障碍和特发性震颤患者的驱动震颤、肌肉痉挛和运动缓慢中的作用。 这项研究很重要，就好像研究人员可以通过刺激改变大脑功能和特定症状一样，他们可以使用相同形式的反馈控制刺激作为一种潜在有效的治疗形式。 传统的深部脑刺激始终提供固定的刺激。 例如，研究人员开始发现，基于基底神经节 β 活动反馈的刺激控制在治疗帕金森病方面可能优于传统的连续深部脑刺激。

目前的研究特别关注导致帕金森氏病患者缓慢（运动迟缓）和僵硬（僵硬）、帕金森氏病和特发性震颤患者震颤以及肌张力障碍患者肌肉痉挛的过程。

1. 帕金森病患者的运动迟缓和强直 这里已经有证据表明这些损伤与 β 频带活动 (~20Hz) 有关。 这种活动在帕金森氏病患者中被放大，在这些患者中，这种活动会持续数百毫秒甚至更长时间。 研究人员已经表明，通过在 β 活动爆发时触发刺激，他们可以加快运动速度并减少僵硬。 在目前的研究中，他们感兴趣的是 (a) 确定是否有必要触发 β 爆发，或者是否足以触发 β 活动的一般水平（即长期平均水平），(b) 是否是是否有必要触发所有 β 爆发，或者只是需要触发长爆发，以及 (c) 触发刺激是否也足以控制震颤，这是一个共存的症状。 探索这些问题需要研究人员记录基底神经节活动（反馈）并提供刺激，同时在驱动刺激之前改变反馈的处理方式。 在工程术语中，研究人员改变了信号处理和控制策略细节，但最终结果是反馈控制的深部脑刺激。 请注意，研究人员仅将刺激幅度控制在临床确定的范围内，该范围不高于引发副作用的阈值。 所有剩余的刺激参数，例如 频率和脉冲宽度，设置为标准临床设置。
2. 帕金森氏病患者的震颤或原发性震颤 这里，震颤与不连续的大脑活动相关的证据不太可靠，尽管震颤频率（和两倍）的振荡被怀疑发挥了作用。 在研究人员不确定导致状态的因素的确切性质的情况下，在这种情况下是震颤，他们经常使用机器学习来找到相关因素。 在这里，研究人员建议记录四肢的基底神经节活动和震颤，然后将这些与机器学习算法结合使用，以指出与震颤相关的信号的相关组合。 然后，研究人员可以使用机器学习输出来告诉他们如何通过刺激来控制震颤，同时询问机器学习算法输入的权重以推断出重要的关系。 如上所述，他们将探索最佳信号处理和控制策略细节，但最终结果是反馈控制的深部脑刺激。 请注意，它们仅将刺激幅度控制在临床确定的范围内，该范围不高于引发副作用的阈值。 所有剩余的刺激参数，例如 频率和脉冲宽度，设置为标准临床设置。
3. 肌张力障碍患者的不自主肌肉痉挛 这里，肌肉痉挛与不连续的大脑活动相关的证据也相对较弱，尽管 θ-α 频率 (5-12 Hz) 的振荡被怀疑发挥了作用。 研究人员建议记录身体中的基底神经节活动和肌肉痉挛，然后将这些与机器学习算法结合使用，以指出与肌肉痉挛相关的信号的相关组合。 然后他们可以使用机器学习输出来告诉他们如何通过刺激来控制肌肉痉挛。 如上所述，研究人员将探索最佳信号处理和控制策略细节，但最终结果是反馈控制的深部脑刺激。 请注意，它们仅将刺激幅度控制在临床确定的范围内，该范围不高于引发副作用的阈值。 所有剩余的刺激参数，例如 频率和脉冲宽度，设置为标准临床设置。

要使用的技术

我们的研究涉及几种技术：

1. 使用标准临床评定量表评估症状，例如帕金森病患者的第三部分运动 UPDRS、统一运动障碍评定量表和言语清晰度测试；原发性震颤患者的原发性震颤等级评估量表（TETRAS）；用于肌张力障碍患者的 Burke Fahn Marsden 肌张力障碍评定量表 (BFMDRS)。 这些评定量表的表现也将被录像以供离线审查。
2. 使用标准技术记录外周症状，如运动速度、震颤或痉挛，例如 使用运动迟缓运动不能协调测试、皮肤安装加速度计和皮肤安装肌电图 (EMG) 电极记录操纵杆运动速度、记录震颤和其他运动。 这些是标准的非侵入性技术，不涉及任何不适的副作用。
3. 使用头皮安装电极记录脑电图。 这是一种标准的非侵入性技术，不涉及任何副作用或不适。 然而，这里有一个重要的警告，因为这些患者的头皮上会有最近的手术疤痕，所以要避免在任何伤口 4 厘米以内的头皮上使用电极。 脑电图电极用导电膏贴在头皮上，有助于将它们固定到位。 有时，在毛发缺失允许的情况下，研究人员会用一些胶带加强这种附着。 外部深部脑刺激导线患者的记录不会增加感染风险。
4. 由外科医生植入大脑进行标准临床治疗的深部脑刺激电极的深度脑电图记录。 由于这些是被动录音，因此没有副作用或风险。 2-4 中的录音将使用带有认证标志的放大器进行，该认证标志表示符合欧洲经济区内销售的产品的健康、安全和环保标准。
5. 外科医生植入大脑的深部脑刺激电极进行标准临床治疗的刺激。 刺激会引起副作用，因此重要的是，研究人员只会以临床使用的形式和范围提供刺激，注意始终保持在副作用的阈值以下。 刺激将通过内部定制、电池供电的双侧刺激器提供，该刺激器没有表明符合欧洲经济区内销售产品的健康、安全和环境保护标准的认证标志。 尽管如此，它已经过全面的安全测试。 该刺激器是过去几项研究使用的刺激器的更新版本，这些研究已经过英国国家研究伦理服务委员会中南部审查和批准。 为了允许刺激返回，放大器连接到放置在脖子上的导电垫。 定期阻抗检查将确保此连接在整个实验过程中稳健。

参与者将可以选择在不使用通常的运动症状药物或使用此类药物的情况下进行研究。 前一种状态更适合促进神经活动和症状之间联系的证明，但最终决定将取决于参与者。 暂时停药后症状可能会更糟，但大多数参与者会熟悉这一点，因为他们过去忘记服药，或者因为他们的药物被暂时停药作为左旋多巴挑战等临床试验的一部分。