Adaptif Derin Beyin Stimülasyonu İle Parkinson Hastalığı kontrol
概要
Adaptif derin beyin stimülasyonu (ADBS) belirtileri azaltmaları ve geleneksel derin beyin stimülasyonu (CDB'leri) göre güç tüketimini azaltarak, Parkinson hastalığı için etkilidir. ADBS biz gerçek zamanlı bir yerel alan potansiyel biyogöstergesini (beta salınım genlik) izlemek ve stimülasyon zamanlamasını kontrol etmek için kullanabilirsiniz.
Abstract
Adaptif derin beyin stimülasyonu (ADBS) hastalığı ve ilaç durumu dalgalanan göre gerçek zamanlı olarak uyarılması optimize ederek Parkinson hastalığının tedavisini geliştirmek için potansiyele sahiptir. Adaptif DBS bugünkü gerçekleşmesi biz kayıt ve erken post-operatif dönemde Parkinson hastalığı olan hastaların subtalamik çekirdek implante DBS elektrotlar uyarır. Yerel alan potansiyelleri dijital, hastaya özel beta tepe noktası çevresinde tekrar filtre doğrultulmuş ve beta amplitüd çevrimiçi bir okuma vermek için yuvarlatılmıştır bir veri edinme ünitesi geçirilmeden önce 3 ve 47 Hz arasında, süzüldü analog bulunmaktadır. Beta genliği için bir eşik, geçti ise, uyancısına bir tetikleme sinyali geçtiği, buluşsal ayarlanır. Stimülatör sonra 250 ms üzerinde, önceden belirlenmiş bir klinik açıdan etkili voltaja uyarılması rampaları ve beta genlik tekrar eşik değerinin altına düşene kadar teşvik eder.Uyarım artan beta iktidar dönemlerinde rampalı DBS kısa bölüm ile bu şekilde devam eder.
Klinik etkinlik Unified Parkinson Derecelendirme Ölçeği (BPHDÖ) dan puan seçimini kullanarak motor fonksiyon kör ve kör bir video değerlendirme yoluyla stabilizasyonu (5 dk) en az süre sonra değerlendirilir. Son çalışmalar ADBS güç tüketiminde bir azalmaya hem de geleneksel DBS grubuna kıyasla klinik puan bir iyileşme göstermiştir. Kronik ADBS şimdi Parkinsonizmde trialed olabilir.
Introduction
Parkinson hastalığı, uzun vadeli tıbbi tedavi 1 tatmin edici olduğu için ortak bir ölçüde devre dışı dejeneratif hareket bozukluğudur. DBS gelişmiş ilaca dirençli PD için etkilidir ama etkinliği, yan etkileri açısından sınırlı ve 2 mal edilir. Geleneksel uyarım bir hareket bozuklukları uzmanı tarafından sezgisel olarak ayarlanır ve sonraki klinik ziyareti kadar değişiklik olmadan sürekli çalışan bırakılır. Tipik stimülasyon parametreleri 60 msn darbe genişliği, 3 V yoğunluk ve 130 Hz tekrarlama vardır. Ancak, bu sürekli yüksek voltaj stimülasyonu normal motor işleyişi 3 engelleyebilir. Adaptif DBS (ADBS) 4 – Kalp atışlarının kadar başarılı sonuç ilişkili bir iyileşme ile birlikte, DBS benzer altta yatan beyin ritimleri o duyarlı yaparak geliştirilebilir umulmaktadır, karmaşık duyarlı kapalı döngü sistemleri için basit açık döngü sistemleri geçiş var 5.
OrdADBS gerçekleştirmek için er, bu hastalığın güvenilir Biyobelirteçleri tanımlamak için öncelikle önemlidir. Parkinson hastalığı belirgin beta (13-33 Hz) titreşimler bazal ganglia devre 2 boyunca kaydedildi ile karakterize edilir. Bu beta salınımlar klinik eyaletinde 6,7 iyileşme oranında levodopa ve DBS tarafından bastırılır. Bunlar, kararlı ve uzun vadede sağlamdır ve onları biyolojik 8 için cazip hedefler bir klinik DBS için kullanılan aynı elektrodlardan kaydedilebilir. Beta salınımlar ek olarak, başka, daha karmaşık, potansiyel biyolojik bir dizi 2,9-12 semptomların şiddeti ile ilgili olduğu gösterilmiştir olduğu tespit edilmiştir.
PH 13 insan primat modelinde – ADBS ilkesinin kanıtı artık olmayan gösterilmiştir. Bu sabit bir gecikmeden sonra DBS uyarılmasını tetikleyen nöronun ateşleme ile stimülasyon kontrol etmek için tek kortikal motor nöron kullanılmıştır. Çalışmada uyum bildirdiive uyarım geleneksel DBS daha etkili oldu. Son çalışmalar beri başarıyla, insanlara bu vallahi makalede 14 sunulmuştur hangi yöntemi ADBS genişletmiştir. Bu çalışmada, önce kendi tellerin içselleştirilmesi ve pil / uyancısına bağlantısı hemen ameliyat sonrası dönemde PD ile hasta incelendi. Beta salınımlar online gerçek zamanlı olarak izlenebilir ve yüksek frekanslı stimülasyon zamanlamasını kontrol etmek için kullanıldı. Bu güç tüketiminde bir>% 50 azalma ve standart uyarma ile karşılaştırıldığında, hareket bozukluğunun% 25 iyileşmeye yol açmıştır. Bu sonuçlar, eşikler ve etkin stimülasyon parametreleri değiştirmek yanı sıra ilaç seviyeleri olabilir kronik implante durumda çoğaltılması gerekir. Gibi, biyolojik belirteçler ve kontrol algoritmaları buna göre ayarlanır ve uyumlu olması gerekir ve gerçekte de bu farklı parametre ortamına uyum için daha fazla karmaşıklık gerekebilir. Uzun vadeli st için donanımlı cihazlarimulation ve kayıt şu anda geliştirilen ve 15 ayar bir araştırma trialed ediliyor. Bu arada performansını destekleyecek adaptif DBS ve algoritmaların olası yararları daha değerlendirilecek ve rafine edilmesi sağlayacak bir platform için bir ihtiyaç vardır. Hataları ve alt-optimal yaklaşımlar sistemleri kronik kullanım için içselleştirilmiş kez tersine daha zor olduğu için, bu önemli bir adımdır. Ayrıca, akut çalışmalar kronik içselleştirilmiş adaptif DBS sistemi geliştirmek örtülü zorlukların üstesinden çabalarını motive etmek gereklidir.
Bu yöntemler raporun amacı etkinliğini maksimize etmek ve yan etkileri / güç tüketimini en aza indirecek şekilde DBS hastalarda farklı biyomarkerler ve stimülasyon paradigmalar bir dizi keşfetmek ve parametrelerini optimize etmek için araştırmacılar sağlamaktır. Bu Parkinson hastalarında etkili olduğu türünün ilk yöntem ve henüz nispeten basit ve kolay uygulanır. Yöntem, t tasarlanmıştırkimin için orada bilinen bir LFP biyomarkerdir ve post-operatif (elektrot telleri önce pil / uyarıcısı ekleme ekstra-kranyal ve deney için kullanılabilir kadar 1 hafta süre) Dışsallaşmanın bir dönemi vardır kim o herhangi DBS hastayı araştırmak.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu makalede, post-operatif hastalarda adaptif derin beyin stimülasyonu çalışma ve doğrulama için yeni bir yöntem özetliyor. DBS tedavi PD için standart tedavi, esansiyel tremor ve distoni parçasıdır ve tanıttı ve küme baş ağrısı, epilepsi, Gilles de la Tourette sendromu, obsesif kompulsif bozukluk ve depresyon gibi diğer koşulları bir dizi test ediliyor. Şu anda, tüm klinik stimülasyon paradigmalar sürekli açık-döngü stimülasyon istihdam ve bu basit stimülasyon paradigmalar genellikle etkili olmasına rağmen, bunların önemli ölçüde hastalığın uygun biyomarkerların onları duyarlı hale ve böylece bilinçli, hastada uyarılması optimize ederek geliştirilebilir umulmaktadır Belirli bir şekilde. Yöntem, burada özetlenen verir öncesinde içselleştirme ve pil ve uyarıcısı implantasyonuna ilk ameliyatı (elektrot implantasyonu), sonra dışa hastalarda ADBS bir test. Bu yöntemi kullanarak, bu orada umulmaktadıraraştırmacılar DBS kullanıldığı için bozuklukların yelpazesinde biyomarkörler bir dizi kullanarak ADBS etkinliğini araştırmak olduğunu ön. Bu da kronik implante klinik ortamda denemeler yol açabilir.
Biz kullanılan ve başarılı olmak için bulduk protokolü yukarıda belirtilmiştir. Başarılı ADBS elde etmek amacıyla işlem ince ayar için kritik bir dizi adım ayırt. Bu basit ADBS kurulum kontrol edilebilir parametreler gerilimi, tetikleme eşiğini, stimülasyon teması ve rampa süresini içerir. Bunların hepsi (parestezi) ve kapalı stimülasyon anahtarlama yan etkilerine karşı dengeli olmalıdır, teknik sorunlar (tekrarlayan 'öz' tetikleme) ve klinik etkinliği. Üzerine stimülasyon Açılması ve kapatılması, filtreleme rağmen, potansiyel ilgi frekans aralığı içine sızıntı olabilir LFP bir gerilim bağımlı dışlayıcı neden olur. Bu ciddi ise, hatta bir yokluğunda kendi kendine tetiklemek için sistem neden olabilirbiyomarker sinyali yükseklik,-burada yerel alan potansiyeli beta aktivitesi. Etkili ADBS her zaman olmak ve bu nedenle güvenli olduğu bilinen CDBs taklit sonuçları gibi bu bir güvenlik sorununu temsil etmez. Ancak, beta genliğine reaktiflik eksikliği ve CDBs ADBS üzerinde herhangi bir potansiyel yarar, bu nedenle kaybına neden yoktur. Biz, gerekirse, kendinden-tetikleme, uyarım gerilim azaltma eşiğini yükselterek veya stimülasyon değiştirirken önlenebildi olduğu bulunmuştur. Ve kapalı ADBS içinde yanıt muhafaza ederken parestezi önlenmesiyle ilgili olarak henüz tatminkar bir uzlaşma olduğu bulunmuştur üzerinde uyarımın 250 msn rampa. Şu anda parametreler, hastalarda en iyi cevap profilini elde etmek için sezgisel olarak ayarlanması ve biz henüz güvenilir bunu başarmak için grup seviyesinde uygulanabilir tutarlı kurallar tespit var, değil. Bununla birlikte, şimdiye kadar incelenen tüm hastalarda, biz buldukvoltaj, tetikleme eşiğinin ve stimülasyon kişinin bu buluşsal ayarlama etkili ADBS etkin ve en iyi parametreleri en az 30 dakika içinde tespit edilmiştir. Bu yan etkiler (açma / kapama anahtarlama itibaren parestezi) ve dışlayıcı kontaminasyon (muhtemelen doku-elektrot kapasitesine bağlı) yönetim daha fazla araştırılmalı ve daha iyi azaltılması ile ilgili daha genel kuralları türetmek için anlaşılabilir umulmaktadır.
Keşif için potansiyel parametre uzayı da daha büyük ve büyümeye biyomarkerler ve stimülasyon algoritmaların karmaşıklığı gibi daha karmaşık hale gelecektir. Örneğin, yüksek frekanslı güç oranları, faz genliği birleştirme ve beta değişkenlik tüm Parkinson durumuna 9,10,12,17 ile ilgili olduğu gösterilmiştir. Bu yazıda tarif edildiği gibi bir yöntem bu tür parametreleri ve yan etki profili ek olarak uyarım klinik etkinliği üzerindeki etkisinin sistematik araştırma sağlamalıdır. Ancak, thorough gelecekte tüm parametrelerin optimizasyonu yerine klinik etkilerinden daha biyomarker yanıt odaklanmak DBS modelleri ve algoritmik optimizasyon rutinleri parametrenin sınırlama ampirik aranacak aralıkları izin kez kolaylaştırılmış olması muhtemeldir.
Bu yöntem, geleneksel DBS ile kıyaslandığında geliştirilmiş güç tüketimi ve klinik etkinlik göstermiştir ve daha fazla biyomarkerler ve stimülasyon desenlendirme ilgili anlayışımızda ilerleme ile PH iyileşme potansiyeline sahiptir. DBS, kullanılan daha az temel patofizyolojisi ile ilgili olarak bilinmektedir ve bu nedenle karşılık gelen biyolojik tam olarak tespit edilmesi henüz başka koşullarda. Önemli fazla araştırma tam Parkinsonizmde ADBS potansiyelini koşum ve şiddeti ve düşüklüğü zamanla dalgalanma olduğu diğer potansiyel nörolojik ve nöropsikiyatrik koşulları bir dizi onun yapılabilirliğini araştırmak için gereklidir.
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu yöntem, Wellcome Trust, Tıbbi Araştırma Konseyi, Sağlık Araştırma ve Oxford Biyomedikal Araştırma Merkezi Ulusal Enstitüsü ve Rosetrees Trust fon kullanılarak geliştirilmiştir. Fonksiyonel Nöroşirürji UCL Birimi İngiltere Parkinson Temyiz ve Anıtı Trust tarafından desteklenmektedir.
Materials
| 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 |
参考文献
- Schrag, A. Dyskinesias and motor fluctuations in Parkinson’s disease: A community-based study. Brain. 123 (11), 2297-2305 (2000).
- Little, S., Brown, P. What brain signals are suitable for feedback control of deep brain stimulation in Parkinson’s disease. Annals of the New York Academy of Sciences. 1265 (1), 9-24 (2012).
- Chen, C. C., Brücke, C., et al. Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus: a two-edged sword. Current biology. 16 (22), 952-953 (2006).
- Modolo, J., Legros, A., Thomas, A. W., Beuter, A. Model-driven therapeutic treatment of neurological disorders: reshaping brain rhythms with neuromodulation. Interface Focus. (1), 61-74 (2011).
- Priori, A., Foffani, G., Rossi, L., Marceglia, S. Adaptive deep brain stimulation (aDBS) controlled by local field potential oscillations. Experimental neurology. 245, 77-86 (2012).
- Kühn, A. A., Kupsch, A., Schneider, G., Brown, P. Reduction in subthalamic 8-35 Hz oscillatory activity correlates with clinical improvement in Parkinson’s disease. The European journal of neuroscience. 23 (7), 1956-1960 (2006).
- Eusebio, A., Cagnan, H., Brown, P. Does suppression of oscillatory synchronisation mediate some of the therapeutic effects of DBS in patients with Parkinson’s disease. Frontiers in integrative neuroscience. 6, (2012).
- Giannicola, G., Rosa, M., et al. Subthalamic local field potentials after seven-year deep brain stimulation in Parkinson’s disease. Experimental neurology. 237 (2), 312-317 (2012).
- López-Azcárate, J., Tainta, M., et al. Coupling between beta and high-frequency activity in the human subthalamic nucleus may be a pathophysiological mechanism in Parkinson’s disease. The Journal of Neuroscience. 30 (19), 6667-6677 (2010).
- Ozkurt, T. E., Butz, M., et al. High frequency oscillations in the subthalamic nucleus: A neurophysiological marker of the motor state in Parkinson’s disease. Experimental neurology. 229 (2), 324-331 (2011).
- Pogosyan, A., Yoshida, F., et al. Parkinsonian impairment correlates with spatially extensive subthalamic oscillatory synchronization. 神経科学. 171 (1), 245-257 (2010).
- Chen, C. C., Hsu, Y. T., et al. Complexity of subthalamic 13-35 Hz oscillatory activity directly correlates with clinical impairment in patients with Parkinson’s disease. Experimental neurology. 224 (1), 234-240 (2010).
- Rosin, B., Slovik, M., et al. Closed-loop deep brain stimulation is superior in ameliorating parkinsonism. Neuron. 72 (2), 370-384 (2011).
- Little, S., Pogosyan, A., et al. Adaptive Deep Brain Stimulation in Advanced Parkinson Disease. Annals of neurology. 74 (3), 449-457 (2013).
- Afshar, P., Khambhati, A., et al. A translational platform for prototyping closed-loop neuromodulation systems. Frontiers in neural circuits. 6, (2012).
- Eusebio, A., Thevathasan, W., et al. Deep brain stimulation can suppress pathological synchronisation in parkinsonian patients. Journal of neurology, neurosurgery, and psychiatry. 82 (5), 569-573 (2011).
- Little, S., Pogosyan, A., Kuhn, A. A., Brown, P. Beta band stability over time correlates with Parkinsonian rigidity and bradykinesia. Experimental neurology. 236 (2), 383-388 (2012).
