La stimulation cérébrale profonde (Adaptive ADBS) est efficace pour la maladie de Parkinson, l'amélioration des symptômes et réduire la consommation d'énergie par rapport à la stimulation cérébrale profonde conventionnelle (des CDB). En ADBS nous suivons un biomarqueur potentiel de champ local (amplitude oscillatoire bêta) en temps réel et l'utiliser pour contrôler la synchronisation de la stimulation.
La stimulation cérébrale profonde (Adaptive ADBS) a le potentiel d'améliorer le traitement de la maladie de Parkinson par stimulation optimisation en temps réel en fonction de la fluctuation état de la maladie et des médicaments. Dans la présente réalisation de adaptatif DBS nous enregistrons et stimuler des électrodes DBS implantées dans le noyau sous-thalamique des patients atteints de la maladie de Parkinson dans la période post-opératoire. Potentiels de champ locaux sont analogique filtré entre 3 et 47 Hz, avant d'être transmis à une unité d'acquisition de données où ils sont numériquement filtrés à nouveau autour du patient pic de bêta spécifique, rectifiées et lissés pour donner une lecture en ligne de l'amplitude bêta. Un seuil d'amplitude beta est réglé de manière heuristique, qui, s'il est dépassé, transmet un signal de déclenchement de l'appareil de stimulation. Le stimulateur alors rampes jusqu'à stimulation à une tension efficace cliniquement pré-déterminée de plus de 250 msec et continue de stimuler jusqu'à l'amplitude de bêta retombe vers le bas en dessous du seuil.Stimulation continue de cette manière avec de brefs épisodes de rampe DBS pendant les périodes de puissance bêta accrue.
L'efficacité clinique est évaluée après une période minimale de stabilisation (5 min) à travers l'évaluation de la vidéo en aveugle et aveugle de la fonction de moteur à l'aide d'une sélection de notes de l'échelle d'évaluation de la maladie de Parkinson (Unified UPDRS). Des travaux récents ont montré une réduction de la consommation d'énergie de l'ADBS, ainsi qu'une amélioration des résultats cliniques par rapport à DBS classique. ADBS chroniques pourraient maintenant être mis à l'essai dans la maladie de Parkinson.
La maladie de Parkinson est un trouble très invalidante de mouvement dégénérative commune pour laquelle un traitement médical à long terme n'est pas satisfaisante 1. DBS est efficace pour de pointe PD médicalement réfractaire, mais est limité en termes d'efficacité, les effets secondaires et le coût 2. Stimulation conventionnelle est heuristique par un spécialiste des troubles du mouvement et laissé en marche en continu sans changement jusqu'à la prochaine visite à la clinique. Paramètres de stimulation typiques sont 60 ms de largeur d'impulsion, l'intensité de 3 V, 130 Hz et la répétition. Cependant, cette stimulation haute tension continue peut interférer avec le fonctionnement normal du moteur 3. Tout comme la stimulation cardiaque a réussi la transition de systèmes à boucle ouverte simples pour les systèmes en boucle fermée sensibles complexes, avec une amélioration associée dans les résultats, il est à espérer que DBS peut de même être améliorée en le rendant sensible aux rythmes cérébraux sous-jacents – adaptatif DBS (ADBS) 4 , 5.
En order de réaliser ADBS, il est tout d'abord essentiel d'identifier des biomarqueurs fiables de la maladie. La maladie de Parkinson est caractérisée par la bêta importante (13 à 33 Hz) des oscillations enregistrées dans l'ensemble du circuit de ganglions de la base 2. Ces oscillations bêta sont supprimées par la lévodopa et DBS en proportion à l'amélioration de l'état clinique 6,7. Ils sont stables et robustes à long terme et peuvent être enregistrées à partir des mêmes électrodes utilisées pour DBS clinique qui en fait des cibles attrayantes pour les biomarqueurs 8. En plus des oscillations bêta, une série d'autres, des biomarqueurs potentiels, plus complexes ont été identifiées qui ont été montrés pour se rapporter à la gravité des symptômes 2,9-12.
Preuve de principe de l'ADBS a été démontré dans un modèle non – primate de PD 13. Cette utilisé un seul neurone moteur cortical pour contrôler la stimulation avec le tir du neurone déclenchement DBS stimulation après un délai fixe. L'étude a indiqué que s'adapterive stimulation était plus efficace que DBS classique. Des travaux récents ont depuis étendu avec succès ADBS à l'homme, la méthode pour ce qui est présenté dans cet article JoVE 14. Cette étude a porté sur des patients atteints de la MP dans la période post-opératoire immédiate avant internalisation de leurs fils et la connexion à leur batterie / stimulateur. Oscillations bêta étaient surveillés en temps réel en ligne et utilisés pour contrôler la synchronisation de la stimulation à haute fréquence. Cela a conduit à une réduction> 50% de la consommation d'énergie et une amélioration de 25% en cas d'insuffisance du moteur par rapport à la stimulation standard. Ces résultats devront être reproduits à l'état chronique implanté où les seuils et les paramètres de stimulation efficaces peuvent changer ainsi que les niveaux de drogue. En tant que tel, il faudra peut biomarqueurs et des algorithmes de contrôle pour être ajusté et adapté en conséquence et en effet peuvent nécessiter davantage de complexité pour s'adapter à ce paramètre différent paysage. Les appareils qui sont équipés à plus long terme stimulation et l'enregistrement sont en cours de développement et mis à l'essai dans un cadre de 15 recherche. En attendant il ya un besoin pour une plate-forme qui permettra aux avantages possibles de l'adaptation DBS et les algorithmes qui sous-tendent sa performance à une évaluation plus poussée et raffiné. Il s'agit d'une étape importante, car les erreurs et les approches sous-optimales sont plus difficiles à renverser une fois les systèmes sont intériorisées pour une utilisation chronique. En outre, des études de courte durée sont nécessaires pour motiver les efforts visant à surmonter les défis implicites dans le développement du système DBS adaptation intériorisée chronique.
Le but de ce rapport des méthodes est de permettre aux chercheurs d'explorer une gamme de différents biomarqueurs et des paradigmes de stimulation chez les patients DBS et à optimiser les paramètres de manière à maximiser l'efficacité et minimiser les effets secondaires / consommation d'énergie. C'est la première méthode de son genre à être efficace chez les patients avec la maladie de Parkinson et est relativement simple et facile à appliquer encore. La méthode est conçue to étudier tout patient DBS pour qui il est un biomarqueur de LFP connu et qui dispose d'un délai d'externalisation post-opératoire (période allant jusqu'à 1 semaine lorsque les fils d'électrodes sont extra-crânienne et disponible pour l'expérimentation avant l'insertion de la batterie / stimulateur).
Cet article présente une nouvelle méthode pour l'étude et la validation de la stimulation cérébrale profonde adaptation chez les patients post-opératoires. Traitement DBS fait partie du traitement standard pour les PD, le tremblement essentiel et la dystonie et est mis en place et testé dans une série d'autres conditions, y compris le groupe de tête, l'épilepsie, le syndrome de Gilles de la Tourette, le trouble obsessionnel-compulsif et la dépression. À l'heure actuelle, tous les paradigmes de stimulation cliniques emploient stimulation continue, en boucle ouverte et bien que ces paradigmes de stimulation simples sont souvent efficaces, il est à espérer qu'ils peuvent être considérablement améliorées en les rendant sensibles à la maladie biomarqueurs appropriés et optimiser ainsi la stimulation de façon éclairée, le patient de manière spécifique. Le procédé, décrit ici, permet de tester chez des patients ADBS extériorisés après leur première opération (implantation d'électrodes), avant l'implantation de l'internalisation et de la batterie et de stimulateur. En utilisant cette méthode, on espère yavant que les chercheurs peuvent étudier l'efficacité de l'ADBS en utilisant une gamme de biomarqueurs dans le spectre des troubles pour lesquels DBS est utilisé. Cela peut alors conduire à des essais en milieu clinique implanté chroniquement.
Le protocole que nous avons utilisé et jugé succès est décrit ci-dessus. Nous avons discerné un certain nombre d'étapes critiques pour affiner le processus pour atteindre l'ADBS succès. Les paramètres pouvant être contrôlés dans cette configuration simple ADBS comprennent tension, seuil de déclenchement, le contact de stimulation et de la durée de rampe. Ceux-ci doivent tous être mis en balance avec les effets secondaires de commutation stimulation sur et en dehors (paresthésie), des problèmes techniques (récurrente «soi» de déclenchement) et l'efficacité clinique. Commutation sur la stimulation et provoque un arrêt artefact dépendant de la tension dans le LFP que, malgré le filtrage, peut potentiellement pénétrer dans la gamme de fréquence d'intérêt. Si cela est sévère, il peut amener le système à auto-déclenchement, même en l'absence d'unélévation dans le signal de biomarqueurs, ici-activité bêta dans le potentiel de champ local. Cela ne représente pas un problème de sécurité car elle entraîne efficacement dans l'ADBS étant tout le temps et donc imitant CDB, qui est connue pour être sûr. Toutefois, cela n'entraîne un manque de réactivité à la bêta amplitude et la perte donc tout bénéfice potentiel de l'ADBS sur CDB. Nous avons constaté que, si nécessaire, l'auto-déclenchement pourrait être évitée en réduisant la tension de stimulation, le relèvement du seuil ou de modifier le contact de la stimulation. La rampe 250 ms de stimulation sur et en dehors a été trouvé à être compromis satisfaisant en matière de prévention des paresthésies, tout en conservant la réactivité de l'ADBS. À l'heure actuelle paramètres doivent être ajustés de manière heuristique afin d'obtenir le meilleur profil de réponse chez les patients individuels et nous n'avons pas encore identifié de règles uniformes applicables au niveau du groupe pour atteindre cet fiable. Néanmoins, tous les patients étudiés jusqu'à présent, nous avons trouvéque l'ajustement de la tension de heuristique, seuil de déclenchement et le contact de stimulation efficace ADBS activé, et les paramètres optimaux ont été identifiés en moins de 30 min. Il est à espérer que la gestion des effets secondaires (de paresthésies de commutation on / off) et la contamination artefact (possiblement liés au tissu-électrode capacité) peut être étudiée davantage et mieux comprise à dégager des règles plus générales concernant leur minimisation.
L'espace des paramètres potentiel pour l'exploration deviendra également plus grande et plus complexe que la complexité des biomarqueurs et des algorithmes de stimulation poussent. Par exemple, les paramètres de puissance à haute fréquence, un couplage d'amplitude et de phase bêta variabilité ont tous été montré pour se rapporter à l'état parkinsonien 9,10,12,17. La méthode décrite dans ce document devrait permettre la recherche systématique de ces paramètres et leur effet sur l'efficacité clinique de la stimulation en plus de leur profil d'effets secondaires. Cependant, le thorough l'optimisation de tous les paramètres de l'avenir est susceptible d'être facilitée une fois les modèles DBS et routines d'optimisation algorithmique qui mettent l'accent sur la réponse du biomarqueur plutôt que les effets cliniques permettent limitation du paramètre va être recherché empiriquement.
Cette méthode a démontré une amélioration de la consommation d'énergie et l'efficacité clinique par rapport à DBS classique et a le potentiel d'être encore améliorée en PD avec l'avancement de notre compréhension en ce qui concerne les biomarqueurs et la stimulation de motifs. Dans d'autres conditions où DBS est utilisé, on sait beaucoup moins en ce qui concerne la physiopathologie sous-jacente et donc biomarqueurs correspondants sont pas encore totalement déterminé. Des recherches complémentaires importantes sont nécessaires pour exploiter pleinement le potentiel de l'ADBS dans la maladie de Parkinson, et d'explorer la faisabilité d'un certain nombre d'autres conditions neurologiques et neuropsychiatriques potentiels dans lequel la gravité et à la dépréciation fluctuent au fil du temps.
The authors have nothing to disclose.
Cette méthode a été développée à l'aide du financement du Wellcome Trust, du Medical Research Council, l'Institut national de recherche en santé du Oxford Centre de recherche biomédicale, et rosiers Trust. L'Unité de l'UCL de neurochirurgie fonctionnelle est soutenue par le Royaume-Uni appel Parkinson et le Monument Trust.
StimRecord Amplifier (3-37 Hz) | In house | NA | Common mode rejection, 3-37Hz (bandpass), x9500 amplifier. See – Eusebio, A et al. Deep brain stimulation can suppress pathological synchronisation in parkinsonian patients. JNNP (5), 569–573 (2011) |
1401 Digital acquisition unit | CED | Micro 1401-3 | |
Spike 2 software | CED | NA | |
Stimulator | In house | NA | Biphase, variable, ramped stimulator. See – Little et al. Adaptive deep brain stimulation in advanced Parkinson's disease. Annals of Neurology 2013. |
Gel electrode reference pad | Axelgaard | 895220 | 5×5 cm PALS platinum gel electrode pad |