適応深部脳刺激(のADB)は、症状の改善、パーキンソン病に対して有効であり、従来の深部脳刺激(CDBS)と比較して消費電力を低減する。 ADBSでは、リアルタイムで局所電場潜在バイオマーカー(ベータ振動振幅)を追跡し、刺激のタイミングを制御するために、これを使用しています。
適応深部脳刺激(のADB)は、疾患および薬物状態の変動に応じて、即座に刺激を最適化することにより、パーキンソン病の治療を改善する可能性を有する。アダプティブDBSの現在の実現では、記録し、早期の術後期間中のパーキンソン病患者の視床下核に移植DBS電極から刺激する。局所電場電位は、それらがデジタルで、患者固有のベータピーク付近再度濾過し、整流およびβ振幅のオンライン読取りを与えるように平滑化されたデータ取得ユニットに渡される前に3〜47 Hzの間に濾過類似体である。ベータ振幅の閾値は、交差した場合、刺激器にトリガ信号を通過させる、ヒューリスティックに設定されている。刺激装置はそれから250ミリ秒かけて事前に決定臨床的に有効な電圧に刺激をランプアップし、ベータ振幅が再びしきい値以下に倒れるまで刺激し続けています。刺激を高めるベータ電力の期間中に傾斜DBSの簡単なエピソードと、このように続けています。
臨床的有効性は、統一パーキンソン病評価尺度(UPDRS)のスコアの選択を使用して運動機能の非盲検と盲目ビデオ評価を通じて安定化の最小時間(5分)後に評価されている。最近の研究では、従来のDBSに比べADBSと消費電力の低減だけでなく、臨床スコアの改善を示しました。慢性のADBは現在、パーキンソンで試験的にすることができた。
パーキンソン病は、長期療養が1不十分であるために共通厳しく無効変性運動障害である。 DBSは、高度な医学的に難治性PDために有効であるが、有効性、副作用の点で制限され、2費用れる。従来の刺激は、運動障害の専門家によって発見的に設定し、次の来院まで変更することなく、継続的に実行されたままです。典型的な刺激パラメータは、60ミリ秒パルス幅、3 V強度、および130 Hzの繰返しである。しかし、この連続的な高電圧刺激は、通常のモータ3機能を妨害する可能性がある。アダプティブDBS(のADB)4 -心臓ペーシング限りは正常に結果における関連した改善と、それは、DBSは、同様に、基礎となる脳のリズムにそれが応答することによって改善することができることが期待され、複雑な応答性の閉ループ·システムに簡単な開ループシステムから移行した、5。
ORD中ADBSを実現するための小胞体、それは、疾患の信頼性のあるバイオマーカーを同定するために、まず重要である。パーキンソン病は大脳基底核回路2を通じて記録顕著ベータ(13-33 Hz)の振動によって特徴付けられる。これらのベータ振動は、臨床状態6,7の改善に比例してレボドパとDBSによって抑制されています。それらは、長期的に安定であり、堅牢で、それらのバイオマーカー8の魅力的な標的を作製する臨床DBSに使用されるのと同じ電極から記録することができる。ベータ振動に加えて、他の、より複雑な、潜在的なバイオマーカーの範囲は2,9-12症状の重症度に関連することが示されていることが確認されている。
PD 13のヒト霊長類モデル-のADBの原理の証明は現在、非で実証されている。これは一定の遅延の後に、DBS刺激をトリガするニューロンの発火の刺激を制御するために、単一の皮質運動ニューロンを使用していました。研究では、それが適応すると報告IVE刺激は、従来のDBSよりも有効であった。最近の研究はそれ以来成功し、ヒトへのこのJoveの記事14で提示された方法のADBを拡張しました。この研究は、先立って電線の内部化とそのバッテリーパック/刺激装置への接続に、手術直後の期間にPDの患者を調査した。ベータ振動は、オンラインリアルタイムで監視し、高頻度刺激のタイミングを制御するために使用した。これは、標準刺激と比較して消費電力を> 50%の減少および運動障害が25%改善した。これらの結果は、しきい値と効果的な刺激パラメータが変化するだけでなく、薬剤レベルができる慢性的に注入された状態で複製する必要があります。このように、バイオマーカーおよび制御アルゴリズムを調整し、それに応じて適合させる必要があるかもしれないし、実際にも、この異なるパラメータの風景に適応するためにさらなる複雑さを必要とし得る。長期的にSTのために装備されているデバイスimulation記録が現在開発され、15を設定し 、研究に試験的にされています。一方、その性能を支えるの適応DBSとアルゴリズムの可能な利点をさらに評価し、洗練することを可能にするプラットフォームが必要とされている。システムは、慢性的使用のために内在化されるとエラーと次善のアプローチは逆にすることがより困難であるため、これは重要なステップである。また、急性の研究では、慢性の内在化、適応DBSシステムを開発する上での暗黙の課題を克服する努力をやる気にさせる必要があります。
この方法は報告の目的は、DBS患者において異なるバイオマーカーおよび刺激パラダイムの範囲を探索すると有効性を最大化し、副作用/電力消費を最小にするようにパラメータを最適化する研究者を可能にすることである。これは、パーキンソン症候群の患者に有効であることが、その種の最初の方法であり、しかも比較的簡単で、適用が容易である。方法は、tは設計されている誰のためにも知らLFPバイオマーカーであり、術後(電極配線前バッテリー/刺激器挿入による頭蓋外と実験のために利用可能な、最大1週間の期間)を外部化の周期を持っている人Oの任意のDBSの患者を調査。
この記事では、術後の患者の適応性脳深部刺激の研究と検証のための新たな方法を概説する。 DBS治療は、PDのための標準的な治療、本態性振戦とジストニアの一部であり、導入され、群発性頭痛、てんかん、ジル·ド·ラ·トゥレット症候群、強迫性障害やうつ病など、他の条件の範囲でテストされています。現時点では、すべての臨床刺激パラダイムは、連続、開ループ刺激を採用し、これらの簡単な刺激パラダイムは、多くの場合、効果的であるが、それは彼らが大幅に病気の適切なバイオマーカーへの応答性を作り、それによって知らされ、患者に刺激を最適化することによって改善することができることが期待されている特定の方法。ここに概説された方法では、前の電池と刺激装置の内部移行および移植のために、彼らの最初の手術(電極移植)後に外部化された患者においてのADBのテストを行うことができます。この方法を使用して、それがそこに期待されている研究者は、DBSが使用されている疾患のスペクトルにわたってバイオマーカーの範囲を使用してのADBの有効性を調べることができること前後。そして、これは、慢性的に移植され、臨床現場での臨床試験につながる可能性があります。
我々が成功するために使用され、発見したプロトコルは、上記に概説されている。我々は成功したのADBを達成するためにプロセスを微調整するための重要なステップ数を見分ける。この単純なADBS設定で制御することができるパラメータは、電圧、トリガしきい値、刺激接触やランピング期間が含まれています。これらはすべて(感覚異常)のオンとオフを切り替える刺激の副作用とのバランスを考慮する必要があり、技術的な問題(再発 '自己'トリガ)と臨床効果。オンとオフの刺激を切り替えると、フィルタリングにもかかわらず、潜在的に関心のある周波数範囲に漏れることができる、というLFPの電圧依存関係のある成果をもたらす。これが深刻な場合、それもの非存在下で自己トリガにシステムを引き起こす可能性がバイオマーカー信号の上昇、 – ここでは局所場電位のベータ活性。それが効果的にADBSがすべての時間にいるので、安全であることが知られているCDBSを模倣になるので、これは安全上の問題を示すものではありません。ただし、ベータ振幅に対する反応性の欠如とCDBS以上のADBの潜在的な利点、したがって損失につながるん。我々は、必要に応じて、自己トリガは、刺激電圧を低下させるしきい値を上げるか、刺激接触を変更することによって回避することができることを見出した。刺激のオンとオフの250ミリ秒の傾斜はADBSの応答性を維持しながら、感覚異常を防止することに関して良好な妥協であることが判明した。現在、パラメータは、個々の患者に最適な応答プロファイルを達成するために、発見的に調整しなければならないと我々はまだ確実にこれを実現するために、グループレベルで適用可能な一貫性のあるルールを確認されていません。それにもかかわらず、これまで研究されたすべての患者では、我々は発見した電圧トリガー閾値と刺激接触のヒューリスティック調整が有効なのADBを有効にし、最適なパラメータが30分未満で同定された。これは、副作用(スイッチオン/オフの感覚異常)と人工物の汚染(おそらく組織電極容量に関連する)の管理がさらに調査し、より自分の最小化に関するより一般化されたルールを導き出すために理解することができることが期待されている。
探査のための潜在的なパラメータ空間も大きく、成長するバイオマーカーと刺激アルゴリズムの複雑さなど、より複雑になります。例えば、高周波電力比、位相振幅カップリングおよびβの変動は、すべてのパーキンソン9,10,12,17状態に関連することが示されている。このホワイトペーパーに記載された方法は、そのようなパラメータとその副作用プロファイルに加えて、刺激の臨床的有効性への影響を系統的に調査を有効にする必要があります。しかし、Thorough将来的にはすべてのパラメータの最適化は、むしろ臨床効果よりもバイオマーカーの応答に焦点を当てるのDBSのモデルとアルゴリズム最適化ルーチンは、パラメータの制限が経験的に検索することができるように範囲を一度促進される可能性が高い。
この方法は、従来のDBSと比較した場合に改善された電力消費および臨床的有効性を実証し、さらに、バイオマーカーおよび刺激パターニングに関する我々の理解における進歩とPDで改善される可能性を有している。 DBSは、使用されるはるかに少ないが、基礎となる病態生理学に関してよく知られており、したがって、対応するバイオマーカーが完全に決定されるべきであるまだ他の条件である。かなりの更なる研究が十分にパーキンソンでのADBの可能性を活用し、重症度および減損が時間とともに変動している他の潜在的な神経学的および神経精神状態の数は、その実現可能性を探るために必要とされている。
The authors have nothing to disclose.
この方法は、健康の研究オックスフォードバイオメディカルリサーチセンター、Rosetreesトラスト研究所、ウェルカムトラスト、医学研究評議会からの資金を使用して開発されました。機能脳神経外科UCLユニットは、英国パーキンソン魅力とモニュメントトラストがサポートされています。
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 |