Controllo della Malattia di Parkinson con Adaptive stimolazione cerebrale profonda

L'obiettivo generale del seguente esperimento è osservare e quantificare l'effetto clinico della stimolazione cerebrale profonda adattativa e confrontarlo con la stimolazione standard. Questo viene ottenuto effettuando una registrazione passiva tramite gli elettrodi di stimolazione cerebrale profonda o DBS di pazienti parkinsoniani post-operatori ed eseguendo un'analisi spettrale su montaggi bipolari per identificare i contatti ottimali per la stimolazione e la registrazione simultanee. Come secondo passaggio, viene effettuata una stimolazione monopolar continua standard sul contatto identificato per determinare i parametri che determinano miglioramenti clinici, come la soppressione del tremore.

Successivamente viene effettuata una stimolazione intermittente in base all'ampiezza della banda beta, al fine di identificare le soglie di attivazione appropriate per una stimolazione adattativa, che potrà quindi essere confrontata con la stimolazione continua standard. I risultati mostrano un miglioramento dell'esito clinico con la stimolazione adattativa rispetto alla stimolazione ad alta frequenza standard, nonostante significative riduzioni nella somministrazione della carica elettrica e nel tempo di stimolazione. Il principale vantaggio di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come la stimolazione convenzionale ad alta frequenza, consiste nel ridurre complessivamente la stimolazione durante studi acuti, consentendo così un risparmio della batteria oltre a un miglioramento delle prestazioni motorie.

Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla terapia di altri disturbi neurologici e neuropsichiatrici trattati con DBS, poiché altre condizioni, come il tremore, presentano fluttuazioni e potrebbero quindi essere trattabili con un approccio di stimolazione adattativa. L'idea alla base di questo metodo si è sviluppata gradualmente nel tempo, man mano che diversi gruppi hanno riconosciuto l'importanza della sincronizzazione eccessiva, in particolare delle oscillazioni nella banda beta, nella fisiopatologia del morbo di Parkinson. Iniziare ottenendo il consenso informato per l'esperimento da un paziente affetto da morbo di Parkinson resistente alla terapia medica.

Dopo l'implantazione degli elettrodi DBS, ci sono elettrodi BS 2D, ciascuno con quattro contatti. È possibile erogare uno stimolo a un contatto e ottenere registrazioni dai due contatti adiacenti. Il contatto utilizzato per erogare lo stimolo può essere modificato secondo necessità la sera precedente; interrompere il farmaco antiparkinsoniano del paziente la mattina seguente, quando il paziente arriva per il test, iniziando con il lavarsi le mani.

Quindi rimuovere delicatamente i fili degli elettrodi dalla loro protezione. Successivamente, collegare gli elettrodi DBS esterni al cavo del connettore. Poi collegare l'elettrodo all'amplificatore.

Infine, collegare l'elettrodo di riferimento sopra la clavicola sinistra del paziente. Successivamente, registrare il potenziale di campo locale bipolare, o LFP, dal contatto zero e due controlaterali al lato maggiormente colpito mentre il paziente è a riposo. In seguito, ripetere la registrazione bipolare dai contatti uno e tre.

Eseguire un'analisi spettrale di potenza per identificare la frequenza specifica del picco beta del paziente e la coppia di contatti bipolari con l'ampiezza beta più elevata per il test di stimolazione, che corrisponde ai contatti L zero L due. In questo esempio, dopo aver determinato la coppia di contatti bipolari con l'ampiezza beta più alta, che in questo caso sarebbero lo zero e il due, selezionare il contatto intermedio tra questi due come contatto per la stimolazione monopolar. Per collegare il paziente all'impostazione di DBS adattivo.

Collegare l'amplificatore analogico al convertitore da analogico a digitale e al computer portatile che esegue il software di analisi del segnale. Filtrare digitalmente il segnale nella fase successiva intorno al picco beta specifico del paziente, utilizzando una banda passante di quattro hertz. Il software monitora l'ampiezza beta e la utilizza per controllare la stimolazione: con una soglia preimpostata, l'ampiezza beta viene resa uniforme mediante una finestra di uniformazione di 400 millisecondi.

Successivamente, collegare il D a un trigger dello stimolatore. Il passo successivo consiste nell'accendere la stimolazione ad alta frequenza convenzionale con una tensione iniziale pari a zero. Quindi collegare lo stimolatore al paziente attraverso l'amplificatore in modo otticamente isolato, isolando tutti i collegamenti al paziente.

Applicare la stimolazione monopolarе al contatto identificato in precedenza. Monitorare continuamente il display del stimolatore per tutta la durata dell'esperimento per assicurarsi che la stimolazione prevista venga erogata gradualmente. Aumentare la tensione di stimolazione a incrementi di 0,5 volt ogni pochi minuti.

Ricerca della soglia di effetto clinico. Ad esempio, un miglioramento nel tremore, nella rigidità o nella lentezza. Stabilire la tensione di stimolazione clinicamente utile, che generalmente è compresa tra 1,5 e tre volt e provoca effetti collaterali minimi o assenti, come la parestesia, quando la stimolazione viene applicata alla tensione clinicamente efficace.

Spegnere lo stimolatore con una rampa di 250 millisecondi. Quindi, mantenendo la stimolazione al voltaggio clinicamente efficace, accendere lo stimolatore con una rampa di 250 millisecondi. Chiedere al paziente se avverte parestesia o altri effetti collaterali durante l’accensione e lo spegnimento della stimolazione, qualora siano presenti effetti collaterali.

Continuare a ridurre la tensione a passi di 0,25 volt e verificare la presenza di parestesia disattivando e riattivando la stimolazione quando non viene più segnalata alcuna parestesia. Impostare la tensione a 0,1 volt al di sotto di questa soglia e attivare la stimolazione. Successivamente, aumentare la soglia del trigger dell'ampiezza beta ed assicurarsi che l'effetto clinico persista; continuare ad aumentare gradualmente la soglia del trigger dell'ampiezza beta fino a raggiungere un livello che determini il tempo minimo di stimolazione attiva.

Mantenendo al contempo un effetto clinico, si miri a un tempo di stimolazione attiva per al massimo il 50% del tempo. Regolare la soglia di attivazione e i parametri di stimolazione per garantire una DBS adattativa appropriata senza auto-attivazione è un passaggio fondamentale. Il raggiungimento di questo obiettivo richiede una titolazione accurata e graduale della soglia e delle tensioni di stimolazione, monitorando attentamente il paziente.

Dopo aver impostato la soglia di attivazione e i parametri di stimolazione, spegnere la stimolazione per 10 minuti al fine di eliminare l'effetto della stimolazione precedente. Assicurarsi che i pazienti siano in cecità rispetto alle condizioni del test. Iniziare a somministrare DBS adattiva, DBS convenzionale o nessuna stimolazione.

Lasciare che la condizione di prova proceda per un periodo di stabilizzazione di cinque minuti. Trascorsi cinque minuti, iniziare il test clinico. Valutare il paziente utilizzando la scala unificata di valutazione dei disturbi di Parkinson.

Possono essere utilizzati anche misure di valutazione oggettive come l'accelerometria o l'actigrafia. Al termine di una condizione di test, spegnere la stimolazione per un ulteriore periodo di riposo di 10 minuti. Quindi attivare il tipo successivo di stimolazione, cominciando nuovamente con un periodo di stabilizzazione di cinque minuti prima di eseguire la valutazione.

Impostare in modo identico la larghezza dell'impulso di tensione e la frequenza di stimolazione in tutte le condizioni di prova, in modo che l'unica differenza riguardi il momento della stimolazione. Per quanto riguarda l'ampiezza della banda beta durante il video del test clinico, registrare il compito in modo che un esperto indipendente possa effettuare una valutazione in cieco in un momento successivo. La percentuale di miglioramento motorio rispetto allo stato senza stimolazione, valutata da un osservatore non in cieco durante la sessione sperimentale, è mostrata qui per la DBS convenzionale, la DBS adattativa e la stimolazione casuale. Valutazioni in cieco sono state inoltre effettuate analizzando i video della performance motoria.

I punteggi motori sono migliorati del 66% e del 50% rispettivamente durante la DBS adattativa nelle condizioni non in cieco e in cieco. Nonostante la riduzione della quantità totale di stimolazione, l'esito clinico è stato del 29% migliore in condizione non in cieco e del 27% migliore in condizione in cieco nel gruppo con DBS adattativa rispetto al gruppo con DBS convenzionale. Durante l'esecuzione di questa procedura, è importante ricordare di osservare continuamente il paziente per eventuali effetti collaterali o cambiamenti nello stato clinico dopo aver completato la procedura.

Altri approcci, come l'attivazione di diversi potenziali biomarcatori o con diversi livelli o forme di attivazione, possono essere eseguiti al fine di esplorare la vasta gamma di possibili paradigmi di stimolazione cerebrale profonda adattativa.