Name: Controlling ziekte van Parkinson met Adaptive Deep Brain Stimulation (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-07-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 12 s
Description: Leer adaptieve diepe hersenstimulatie voor de behandeling van de ziekte van Parkinson. Deze methode monitort beta-oscillaties in realtime om motorische prestaties te verbeteren en energieverbruik te verminderen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Deze methode werd ontwikkeld met behulp van financiering van de Wellcome Trust, Medical Research Council, Nationaal Instituut voor Gezondheid Onderzoek Oxford Biomedical Research Centre en Rosetrees Trust. De UCL Unit van Functionele Neurochirurgie wordt gesteund door de Britse Parkinson beroep en het Monument Trust.

1. Toestemming en Biomarker Identification Dit protocol is beoordeeld en goedgekeurd door de National Research Ethics Service Committee South Central goedgekeurd - Oxford A. <ol><li> Geschikte onderwerpen te identificeren voor studie: proefpersonen zijn degenen die klinisch worden geïdentificeerd als zijnde geschikt voor diepe hersenstimulatie (medisch refractaire ziekte van Parkinson). Opmerking: Voer experiment na elektrode implantatie (dag 1) en voor de batterij / stimulator plaatsing (dag 7), terwijl draden worden geëxternaliseerd. </li><li> Toestemming patiënt voor stimulatie testen en overnachting Parkinson-medicatie terugtrekking. </li><li> Na 12 uur terugtrekking van de Parkinson medicatie, sluit geëxternaliseerd DBS elektroden passende versterker (versterker moet zodanig zijn ontworpen, veiligheid getest en gevalideerd voor intracraniële neurofysiologische gebruik bij de mens) 16. </li><li> Record lokale veld potentieel (LFP) in rust van alle contacten bilaterally (L &amp; R 0-3 0-3.) </li><li> Maak bipolaire montages (0,2 en 1,3) door aftrekking van opnames van naastliggende contacten. </li><li> Voer spectrale analyse om patiëntspecifieke beta piekfrequentie en bipolaire contact paar identificatie met de hoogste bèta amplitude voor stimulatie testen. Opmerking: meerderheid van de PD-patiënten uit medicatie hebben een beta piek 2. Als er geen beta piek waarneembaar uit medicatie, moet de patiënt van verdere analyse worden uitgesloten als deze DBS gericht complicaties kan vertegenwoordigen. </li><li> Selecteer contact voor monopolaire stimulatie die wordt overbrugd door een bipolaire contact paar (0,2 of 1,3) met de hoogste bèta amplitude. </li></ol> 2. Aansluiting van de patiënt om ADB&#39;s Setup <ol><li> Sluit de DBS elektrode naar de analoge versterker en filter. Opmerking: band pass filter tussen 3-37 Hz met x 9100 gewin. </li><li> Sluit verwijzing naar de patiënt. Opmerking: Verwijzing moet 5 cm x 5 cm neurostimulator gelelektrode pad verbonden door een standaard 2 mm monopolaire elektrode draad. Plaats de elektrode over het linker sleutelbeen. </li><li> Sluit analoge versterker aan A / D-omzetter en draagbare computer met signaal analyse software. Tweede fase van het signaal rond de patiënt specifieke beta piek digitaal filter met een 4 Hz doorlaatband. Monitor beta amplitude en dit gebruiken om stimulatie bedienen met een vooraf ingestelde drempel. Glad beta amplitude met een smoothing (400 msec was heuristisch effectief in deze opstelling.) </li><li> Sluit D / A trigger om stimulator. </li><li> Sluit stimulator tot patiënt via versterker. Opmerking: Voor de veiligheid zorgen ladingsdichtheden zijn beperkt tot &lt;30 μQ / cm 2 en stimulator heeft lineaire input - output functie. Optisch isoleren alle aansluitingen aan de patiënt. Stimulator moet worden ontworpen en getest met EN60601-1 medische veiligheidsnorm als referentie. </li></ol> 3. Testen van conventionele constante stimulans <ol><li> Zet conventionele hoge frequentie stimulatietie, maar in eerste instantie bij nul spanning (100 msec, 130 Hz, 0 V). Solliciteer monopolaire stimulatie bij contact overbrugd door een bipolaire contact paar met de hoogste bèta amplitude. Monitor stimulator uitlezing continu tijdens experiment zodat stimulatie geleverd zoals verwacht. </li><li> Verhoog langzaam stimulatie spanning van 0,5 V in stappen om de paar minuten, op zoek naar klinisch effect drempel. Vast klinisch nuttige stimulatie spanning (algemeen 1,5-3,0 V) samen met minimale of geen bijwerkingen zoals paresthesie. </li></ol> 4. Beproeving van Drempel met aan / uit Schakel-en Trigger instellen <ol><li> Met de stimulatie bij de klinisch effectieve spanning, schakelt de stimulator uit met 250 msec uitlopen. </li><li> Met de stimulatie bij de klinisch effectieve spanning, schakelt de stimulator op met 250 msec speedramp. </li><li> Informeer naar paresthesie en andere mogelijke bijwerkingen ervaren bij het inschakelen stimulatie-en uitschakelen. &lt;/ Li&gt; <li> Als bijwerkingen aanwezig zijn, verminderen de spanning met 0,25 V en herhaal de stappen 4,1-4,3 totdat hieronder paresthesie bij aan / uit schakelen drempel. </li><li> Door titratie vindt de drempel voor paresthesieën met aan / uit schakelen weer en zet de spanning net onder (0,1 V) deze drempel voor verder onderzoek. Als dit klinisch onwerkzaam probeer dan andere contactgegevens (kies een contact 1 of 2). Opmerking: het inschakelen stimulator aan en uit kan ook bij sommige patiënten leiden tot een piek artefact, mogelijk gerelateerd aan capacitieve laden op het weefsel elektrode-interface. Als het signaal was pass-band gefilterd in de beta band, voordat u een trigger niveau werd dit artefact sterk verzwakt. Niettemin, in enkele gevallen artefact was voldoende om zichzelf triggering veroorzaken. Om dit in deze gevallen pakken, verminderden we de spanning van stimulatie en verhoogde drempel van zelf-triggering ontsnappen. Een andere manier waarop dit in de toekomst kan worden aangepakt, indien nodig is door middel van de integratie vaneen lock-out periode na elke trigger aanzet tot zelf-triggering te voorkomen. </li><li> Zet stimulatie spanning net onder de aan / uit schakelen paresthesia drempel bepaald. </li><li> Verschil beta amplitude triggerdrempel tot een niveau dat resulteert in de minimale tijd op stimulatie met behoud klinisch effect. Streven naar ten minste 50% minder tijd aan stimulatie. </li><li> Schakel stimulatie en laat de patiënt zonder stimulatie (na opzetten en tussen proefblokken) gedurende 10 min op stimulatie effect wegspoelen. </li></ol> 5. Het testen van de patiënt over verschillende Stimulatie Voorwaarden <ol><li> Zorgen voor verblinding van de patiënten aan voorwaarden (adaptieve DBS, conventionele en uit) te testen. </li><li> Breng verschillende testomstandigheden minimaal 5 minuten stabilisatieperiode de voorwaarde voor lopende klinische testen begint. Tegenwicht testvoorwaarde orde over onderwerpen. Bevestig de spanning, pulsbreedte en stimulatie frequentie identificatietisch over testomstandigheden zodat het enige verschil betreft de timing van stimulatie met betrekking tot beta amplitude. </li><li> Op een vooraf bepaald vast punt na het begin van de stimulatie (bijvoorbeeld ten minste 300 seconden), beoordeelt de patiënt klinisch voor effect door de UPDRS schaal. </li><li> Video opnemen beoordeling en vervolgens blind tarief door onafhankelijke deskundigen offline (met uitzondering van stijfheid.) </li><li> Voer klinische beoordeling met behulp van objectieve maatstaven (accelerometrie of actigraphy). </li></ol>

<ol><li>Schrag, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dyskinesias+and+motor+fluctuations+in+Parkinson%27s+disease%3A+A+community-based+study%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Dyskinesias and motor fluctuations in Parkinson's disease: A community-based study.</a> Brain. 123 (11), 2297-2305 (2000).</li>
<li>Little, S., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+brain+signals+are+suitable+for+feedback+control+of+deep+brain+stimulation+in+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+the+New+York+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">What brain signals are suitable for feedback control of deep brain stimulation in Parkinson's disease.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. 1265 (1), 9-24 (2012).</li>
<li>Chen, C. C., Brücke, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+brain+stimulation+of+the+subthalamic+nucleus%3A+a+two-edged+sword%5BTitle%5D)+AND+%22Current+biology%22%5BJournal%5D)">Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus: a two-edged sword.</a> Current biology. 16 (22), 952-953 (2006).</li>
<li>Modolo, J., Legros, A., Thomas, A. W., Beuter, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Model-driven+therapeutic+treatment+of+neurological+disorders%3A+reshaping+brain+rhythms+with+neuromodulation%5BTitle%5D)+AND+%22Interface+Focus%22%5BJournal%5D)">Model-driven therapeutic treatment of neurological disorders: reshaping brain rhythms with neuromodulation.</a> Interface Focus. (1), 61-74 (2011).</li>
<li>Priori, A., Foffani, G., Rossi, L., Marceglia, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptive+deep+brain+stimulation+%28aDBS%29+controlled+by+local+field+potential+oscillations%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+neurology%22%5BJournal%5D)">Adaptive deep brain stimulation (aDBS) controlled by local field potential oscillations.</a> Experimental neurology. 245, 77-86 (2012).</li>
<li>Kühn, A. A., Kupsch, A., Schneider, G., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reduction+in+subthalamic+8-35+Hz+oscillatory+activity+correlates+with+clinical+improvement+in+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22The+European+journal+of+neuroscience%22%5BJournal%5D)">Reduction in subthalamic 8-35 Hz oscillatory activity correlates with clinical improvement in Parkinson's disease.</a> The European journal of neuroscience. 23 (7), 1956-1960 (2006).</li>
<li>Eusebio, A., Cagnan, H., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Does+suppression+of+oscillatory+synchronisation+mediate+some+of+the+therapeutic+effects+of+DBS+in+patients+with+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+integrative+neuroscience%22%5BJournal%5D)">Does suppression of oscillatory synchronisation mediate some of the therapeutic effects of DBS in patients with Parkinson's disease.</a> Frontiers in integrative neuroscience. 6, (2012).</li>
<li>Giannicola, G., Rosa, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subthalamic+local+field+potentials+after+seven-year+deep+brain+stimulation+in+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+neurology%22%5BJournal%5D)">Subthalamic local field potentials after seven-year deep brain stimulation in Parkinson's disease.</a> Experimental neurology. 237 (2), 312-317 (2012).</li>
<li>López-Azcárate, J., Tainta, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coupling+between+beta+and+high-frequency+activity+in+the+human+subthalamic+nucleus+may+be+a+pathophysiological+mechanism+in+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Coupling between beta and high-frequency activity in the human subthalamic nucleus may be a pathophysiological mechanism in Parkinson's disease.</a> The Journal of Neuroscience. 30 (19), 6667-6677 (2010).</li>
<li>Ozkurt, T. E., Butz, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+frequency+oscillations+in+the+subthalamic+nucleus%3A+A+neurophysiological+marker+of+the+motor+state+in+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+neurology%22%5BJournal%5D)">High frequency oscillations in the subthalamic nucleus: A neurophysiological marker of the motor state in Parkinson's disease.</a> Experimental neurology. 229 (2), 324-331 (2011).</li>
<li>Pogosyan, A., Yoshida, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parkinsonian+impairment+correlates+with+spatially+extensive+subthalamic+oscillatory+synchronization%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Parkinsonian impairment correlates with spatially extensive subthalamic oscillatory synchronization.</a> Neuroscience. 171 (1), 245-257 (2010).</li>
<li>Chen, C. C., Hsu, Y. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Complexity+of+subthalamic+13-35+Hz+oscillatory+activity+directly+correlates+with+clinical+impairment+in+patients+with+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+neurology%22%5BJournal%5D)">Complexity of subthalamic 13-35 Hz oscillatory activity directly correlates with clinical impairment in patients with Parkinson's disease.</a> Experimental neurology. 224 (1), 234-240 (2010).</li>
<li>Rosin, B., Slovik, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Closed-loop+deep+brain+stimulation+is+superior+in+ameliorating+parkinsonism%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Closed-loop deep brain stimulation is superior in ameliorating parkinsonism.</a> Neuron. 72 (2), 370-384 (2011).</li>
<li>Little, S., Pogosyan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptive+Deep+Brain+Stimulation+in+Advanced+Parkinson+Disease%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+neurology%22%5BJournal%5D)">Adaptive Deep Brain Stimulation in Advanced Parkinson Disease.</a> Annals of neurology. 74 (3), 449-457 (2013).</li>
<li>Afshar, P., Khambhati, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+translational+platform+for+prototyping+closed-loop+neuromodulation+systems.+Frontiers+in+neural+circuits%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">A translational platform for prototyping closed-loop neuromodulation systems. Frontiers in neural circuits.</a> 6, (2012).</li>
<li>Eusebio, A., Thevathasan, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+brain+stimulation+can+suppress+pathological+synchronisation+in+parkinsonian+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+neurology%2C+neurosurgery%2C+and+psychiatry%22%5BJournal%5D)">Deep brain stimulation can suppress pathological synchronisation in parkinsonian patients.</a> Journal of neurology, neurosurgery, and psychiatry. 82 (5), 569-573 (2011).</li>
<li>Little, S., Pogosyan, A., Kuhn, A. A., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beta+band+stability+over+time+correlates+with+Parkinsonian+rigidity+and+bradykinesia%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+neurology%22%5BJournal%5D)">Beta band stability over time correlates with Parkinsonian rigidity and bradykinesia.</a> Experimental neurology. 236 (2), 383-388 (2012).</li>
</ol>

LZ, MH: consultancy, reis-ondersteuning, spreken prijzen, Medtronic, St. Jude. TF: consultancy, AbbVie Pharmaceuticals, St Jude, Medtronic; PL: consultancy, spreken prijzen, Medtronic, St. Jude. PB: consultancy, Medtronic, Sapiens.

Dit artikel schetst een nieuwe methode voor de bestudering en validering van adaptieve diepe hersenstimulatie bij postoperatieve patiënten. DBS behandeling is onderdeel van de standaard behandeling voor PD, essentiële tremor en dystonie en wordt geïntroduceerd en getest in een aantal andere aandoeningen zoals cluster hoofdpijn, epilepsie, Gilles de la Tourette, obsessieve compulsieve stoornis en depressie. Momenteel zijn alle klinische stimulatie paradigma dienst continu open-lus stimulatie en hoewel deze eenvoudige stimulatie paradigma zijn vaak effectief wordt gehoopt dat zij aanzienlijk kunnen worden verbeterd door ze reageren op ziekte geschikte biomarkers en daardoor stimulatie te optimaliseren in een geïnformeerde, patiënt specifieke wijze. De methode hier beschreven, kan het testen van AGO patiënten externalized na hun eerste operatie (elektrode implantatie) vóór internalisatie en implantatie van de batterij en stimulator. Met deze werkwijze wordt er gehooptvoren dat de onderzoekers de effectiviteit van AGO&#39;s met behulp van een reeks van biomarkers in het hele spectrum van aandoeningen waarvoor DBS wordt gebruikt kunnen onderzoeken. Dit kan dan leiden tot proeven in de chronisch geïmplanteerde klinische setting. Het protocol dat we hebben gebruikt en vond succesvol zijn hierboven beschreven. We onderscheiden een aantal kritische stappen voor fine-tuning van het proces om succesvol ADB&#39;s te bereiken. Parameters die kunnen worden gecontroleerd in deze eenvoudige ADB&#39;s setup onder spanning, triggerdrempel, stimulatie contact met en versnellen duur. Deze moeten allemaal worden afgewogen tegen de bijwerkingen van het inschakelen stimulatie aan en uit (paresthesie), technische problemen (recurrente &#39;zelf&#39; triggering) en de klinische werkzaamheid. Schakelen stimulatie op en veroorzaakt uit een spanningsafhankelijke artefact in de LFP dat, ondanks filtering, mogelijk kan lekken in het frequentiebereik van belang. Als dit ernstig is, kan het systeem zichzelf trekker ook zonder een oorzaakverhoging in het biomarker signaal,-hier bèta-activiteit in de lokale veld potentieel. Dit betekent een veiligheidsprobleem vertegenwoordigen als effectief resulteert in de AGO wordt de hele tijd en dus nabootsen cdbs waarvan bekend is veilig. Dit betekent echter resulteren in een gebrek aan reactiviteit beta amplitude en het verlies dus van een potentieel voordeel van ADB&#39;s dan cdbs. We vonden dat eventueel kan zelf-triggering vermeden doordat de stimulatie spanning de drempel of wijzigen stimulatie contact. De 250 msec ramping van de stimulatie-en uitschakelen bleek bevredigend compromis met betrekking tot het voorkomen van paresthesieën met behoud van responsiviteit van ADB&#39;s zijn. Momenteel parameters moeten heuristisch worden aangepast om de beste respons bij individuele patiënten te halen en we zijn nog niet geïdentificeerd consistente regels die van toepassing zijn op groepsniveau om dit op een betrouwbare bereiken. Niettemin, in alle patiënten dusver bestudeerd hebben wij gevondendat heuristische aanpassing van de spanning, triggerdrempel en stimulatie contact ingeschakeld werkzaam ADB&#39;s en optimale parameters werden in minder dan 30 minuten. Het is te hopen dat het beheer van bijwerkingen (paresthesieën van aan / uit schakeling) en artefact contaminatie (mogelijk gerelateerd aan weefsel-elektrode capaciteit) verder kunnen worden onderzocht en beter begrepen worden om meer algemene regels inzake hun minimalisering ontlenen. Het potentieel parameterruimte voor verkenning zal groter en ingewikkelder omdat de complexiteit van biomarkers en stimulatie algoritmen groeien worden. Zo hoogfrequent vermogen verhoudingen fase amplitude koppeling en beta variabiliteit zijn allemaal aangetoond betrekking Parkinson staat 9,10,12,17. De werkwijze beschreven in dit document moet het systematisch onderzoeken van deze parameters en hun effect op de klinische effectiviteit van stimulatie naast hun bijwerkingsprofiel inschakelen. De tvan diepgaande optimalisatie van parameters in de toekomst waarschijnlijk worden vergemakkelijkt wanneer DBS modellen en algoritmische optimaliseringsroutines die zich op de reactie van de biomarker plaats klinische effecten mogelijk beperking van de parameterreeksen empirisch worden doorzocht. Deze methode heeft verbeterd energieverbruik en de klinische werkzaamheid aangetoond in vergelijking met conventionele DBS en heeft het potentieel verder worden verbeterd in PD met vooruitgang in onze kennis met betrekking tot biomarkers en stimulatie patronen. In andere aandoeningen waarbij DBS wordt gebruikt, veel minder bekend is over de onderliggende pathofysiologie en daarom overeenkomstige biomarkers zijn nog niet volledig bepaald. Aanzienlijke verdere onderzoek is nodig om volledig benutten van het potentieel van AGO in Parkinsonisme, en de haalbaarheid in een aantal andere potentiële neurologische en neuropsychiatrische aandoeningen waarbij ernst en bijzondere constant in de tijd te verkennen.

Ziekte van Parkinson is een veel voorkomende ernstige invaliderende degeneratieve bewegingsstoornis waarbij langdurige medische behandeling onbevredigend 1. DBS is effectief voor geavanceerde medisch refractaire PD, maar is beperkt in termen van effectiviteit, bijwerkingen en kosten 2. Conventionele stimulatie wordt heuristisch ingesteld door een bewegingsstoornissen specialist en continu aan verandering zonder tot het volgende bezoek aan de kliniek. Typische stimulatie parameters zijn 60 msec pulsbreedte, 3 V intensiteit, en 130 Hz herhaling. Dit kan echter continue hoogspanning stimulatie interfereren met de normale werking van de motor 3. Zoveel hartpacen heeft met succes overgegaan van eenvoudige open lus systemen om complexe responsieve closed loop systemen, met een bijbehorende verbetering van resultaat, is het te hopen dat DBS op gelijke wijze kunnen worden verbeterd door het inspelen op de onderliggende hersenen ritmes - adaptive DBS (ADB&#39;s) 4 , 5. In order naar ADB realiseren is allereerst essentieel betrouwbare biomarkers van ziekte te identificeren. Ziekte van Parkinson wordt gekenmerkt door prominente beta (13-33 Hz) trillingen gedurende het hele basale ganglia circuit 2. Deze beta oscillaties worden onderdrukt door levodopa en DBS in verhouding tot verbetering van de klinische toestand 6,7. Ze zijn stabiel en robuust in de lange termijn en kan worden opgenomen van dezelfde elektroden voor klinische DBS waardoor ze aantrekkelijke doelwitten voor biomarkers 8. Naast beta oscillaties, hebben een reeks andere, complexere potentiële biomarkers geïdentificeerd die zijn aangetoond betrekking tot ernst van de symptomen 2,9-12. Proof of principle van ADB&#39;s is inmiddels aangetoond in een niet - menselijke primaat model van PD 13. Dit was vroeger een corticale motor neuron op stimulatie bedienen met afvuren van het neuron triggering DBS stimulatie na een vaste vertraging. De studie rapporteerde dat aanpassenive stimulatie was effectiever dan conventionele DBS. Recent werk is sindsdien met succes uitgebreid ADB&#39;s voor de mens, de methode die wordt gepresenteerd in deze Jupiter artikel 14. Deze studie onderzocht patiënten met PD in de onmiddellijke postoperatieve periode voorafgaand aan de internalisering van de draden en de aansluiting op de accu / stimulator. Beta oscillaties werden gecontroleerd realtime online en gebruikt om de timing van hoogfrequente stimulatie regelen. Dit leidde tot een daling&gt; 50% van het energieverbruik en een verbetering van 25% in motorische beschadiging vergelijking met standaard stimulatie. Deze resultaten zullen moeten worden herhaald in de chronisch geïmplanteerde staat waar drempels en effectieve stimulatie parameters alsook kan veranderen drug niveaus. Als zodanig moet biomarkers en controlealgoritmes dienovereenkomstig worden aangepast en afgestemd en zelfs wellicht vereisen verdere complexiteit te passen aan deze andere parameter landschap. Apparaten die zijn uitgerust voor langere termijn stimulation en registratie worden momenteel ontwikkeld en uitgetest in een onderzoek instellen 15. Ondertussen is er een behoefte aan een platform waarmee de mogelijke voordelen van adaptieve DBS en de algoritmen die de prestaties onderbouwen verder worden geëvalueerd en verfijnd. Dit is een belangrijke stap, omdat fouten en sub-optimale benaderingen zijn moeilijker terug te draaien systemen worden geïnternaliseerd voor chronisch gebruik. Bovendien acute studies zijn nodig om de inspanningen op het overwinnen van de uitdagingen impliciet in het ontwikkelen van chronische geïnternaliseerde adaptief DBS-systeem te motiveren. Het doel van deze methoden rapport is om onderzoekers in staat om een ​​scala van verschillende biomarkers en stimulatie paradigma in DBS patiënten te onderzoeken en om parameters te optimaliseren om zo maximale efficaciteit en minimale bijwerkingen / stroomverbruik. Het is de eerste methode zijn soort effectief bij patiënten met Parkinsonisme is en toch relatief eenvoudig en gemakkelijk te verwerken. De methode is ontworpen to onderzoeken welke DBS patiënt voor wie er een bekende LFP biomarker en die heeft een periode van externalisering na operatie (tot 1 week periode waarin elektrode draden zijn extra-craniale en beschikbaar voor experimenten voorafgaand aan de batterij / stimulator inbrengen).

<table><tbody><tr><td>StimRecord versterker (3-37 Hz)</td><td>In house</td><td>NA</td><td>Common mode rejection, 3-37 Hz (bandpass), x9500 versterker. Zie - Eusebio, A et al16.</td></tr><tr><td>1401 Digitale acquisitie-eenheid</td><td>CED</td><td>Micro 1401-3</td><td></td></tr><tr><td>Spike 2 software</td><td>CED</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>Stimulator</td><td>In house</td><td>NA</td><td>Bifasisch, variabel, oplopend stimulator. Zie - Little et al14.</td></tr><tr><td>Gel elektrode referentiepad</td><td>Axelgaard</td><td>895220</td><td>5 x 5 cm PALS platina gel elektrode pad</td></tr></tbody></table>

controlling ziekte van parkinson met adaptive deep brain stimulation

Controlling Parkinson's Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation

Adaptieve diepe hersenstimulatie (AGO) mogelijk om de behandeling van de ziekte van Parkinson door het optimaliseren stimulatie realtime volgens wisselende ziekte en medicatie toestand te verbeteren. In de huidige realisatie van adaptieve DBS we opnemen en stimuleren van de DBS-elektroden geïmplanteerd in de nucleus subthalamicus van patiënten met de ziekte van Parkinson in de vroege postoperatieve periode. Locale veldpotentialen zijn analoog gefilterd tussen 3 en 47 Hz voordat ze worden doorgegeven aan een data-acquisitie-eenheid waar zij digitaal weer worden gefilterd rond de patiënt specifieke beta piek, rechtgezet en afgevlakt om een ​​online lezing van de beta amplitude geven. Een drempel voor beta amplitude heuristisch ingesteld, die, indien gekruist, gaat een triggersignaal op de stimulator. De stimulator vervolgens hellingen tot kracht naar vooraf bepaalde klinisch effectieve spanning dan 250 msec en blijft stimuleren tot de beta amplitude weer daalt beneden drempelwaarde.Stimulatie gaat op deze manier met korte afleveringen van oplopende DBS tijdens periodes van verhoogde beta macht. Klinische werkzaamheid wordt geëvalueerd na een periode van stabilisatie (5 min) door de unblinded en verblind video evaluatie van de motorische functie met behulp van een selectie van de scores van de Unified Parkinson Rating Scale (UPDRS). Recent werk heeft aangetoond een verminderd stroomverbruik met AGO en een verbetering van de klinische scores in vergelijking met conventionele DBS. Chronische ADB&#39;s kunnen nu worden uitgetest in Parkinsonisme.

Resultaten met deze methode zijn onlangs verschenen met dit protocol voor beta amplitude (figuur 1) 14. Deze studie toonde aan dat klinisch werkzaam stimulatie kan worden bereikt ondanks een daling&gt; 50% mogelijk op stimulatie (p &lt;0,001). Er werd ook opgemerkt dat de tijd op stimulatie neiging om geleidelijk dalen ondanks een constante trigger-niveau (2-tailed, 1-sample t-test, t 7 = 3.2, p = 0.01). Motor scores werden verbeterd met 66% en 50% tijdens ADB&#39;s in de unblinded en geblindeerd, respectievelijk. Ondanks het verminderde totale hoeveelheid stimulatie - klinisch resultaat was 29% (p = 0,03) en 27% (p = 0,005) hoger in de AGO&#39;s in vergelijking met de conventionele DBS groep (unblinded respectievelijk verblind, figuur 2). <img alt="Figuur 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51403/51403fig1highres.jpg"src = &quot;/ files/ftp_upload/51403/51403fig1.jpg&quot; /&gt; Figuur 1. Experimentele opstelling. Experimentele opstelling voor adaptieve diepe hersenstimulatie in externalized onderwerpen. Bipolaire lokale veld potentieel (LFP) wordt door een op maat gebouwde StimRecord versterker die (3-37 Hz) en versterkt (x9, 100) filtert. De analoge (A) uitgang wordt toegevoerd aan een data acquisitie eenheid, die deze omzet naar een digitale (D) signaal dat wordt weergegeven op een draagbare computer. Het signaal is digitaal gefiltreerd om de beta piek in real time en omgezet in beta amplitude door rectificeren en glad. Een drempel is ingesteld dat de stimulatie activeert in een monopolaire montage tussen de 2 bipolaire registrerende elektroden wanneer beta macht de drempel. Stimulatie eindigt wanneer beta vermogen daalt weer onder de drempelwaarde. (Overgenomen met toestemming van Annals of Neurology.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51403/51403fig1highres.jpg" target="_blank">Klik hier om een LAR bekijken</a>ger versie van deze figuur. <img alt="Figuur 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51403/51403fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51403/51403fig2.jpg" /> Figuur 2. Klinische verbeteringen. Gemiddelde ± SEM% verandering in hemibody UPDRS score (artikelen 20, 22 en 23) met verschillende stimulatie voorwaarden zoals vastgesteld unblinded tijdens de experimentele sessies (A) of van video-opnamen door verblind deskundigen (B). Asterixes duiden significante verschillen na correctie voor meerdere vergelijkingen door de valse ontdekking tarief procedure. Alle veranderingen waren significant van de gestimuleerde toestand, met uitzondering van het geblindeerde score voor willekeurige stimulatie (Overgenomen met toestemming van Annals of Neurology.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51403/51403fig2highres.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie te bekijken</a>van dit cijfer.

Adaptive diepe hersenstimulatie (ADB&#39;s) is effectief voor de ziekte van Parkinson, het verbeteren van de symptomen en het verminderen van het energieverbruik in vergelijking met conventionele diepe hersenstimulatie (cdbs). In ADB&#39;s volgen we een lokale veld potentiële biomarker (beta oscillerende amplitude) in real time en dit gebruiken om de timing van de stimulatie te controleren.

Controlling ziekte van Parkinson met Adaptive Deep Brain Stimulation

Adaptive deep brain stimulation (aDBS) has the potential to improve the treatment of Parkinson&#39;s disease by optimizing stimulation in real time ...

Het algemene doel van het volgende experiment is om het klinische effect van adaptieve diepe hersenstimulatie te observeren en te kwantificeren en dit te vergelijken met standaardstimulatie. Dit wordt bereikt door een passieve registratie uit te voeren via de elektroden voor diepe hersenstimulatie (DBS) van postoperatieve Parkinsonpatiënten en door spectrale analyse uit te voeren op bipolaire montages om de optimale contacten te identificeren voor gelijktijdige stimulatie en registratie. Als tweede stap wordt een standaard, continue klinische monopolaire stimulatie uitgevoerd op het geïdentificeerde contact om de parameters te bepalen die klinische verbeteringen opleveren, zoals tremoronderdrukking.Vervolgens wordt intermitterende stimulatie uitgevoerd op basis van de bèta-amplitude om de triggerdrempels te identificeren die geschikt zijn voor adaptieve stimulatie, waarna deze kunnen worden getest tegenover standaard continue stimulatie. De resultaten tonen verbeteringen in de klinische uitkomst bij adaptieve stimulatie vergeleken met standaard hoogfrequente stimulatie, ondanks aanzienlijke verminderingen in de afgegeven elektrische lading en de stimulatietijd. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals conventionele hoogfrequente stimulatie, is dat het in acute studies de totale stimulatie vermindert en zo de batterij bespaart, terwijl de motorische prestaties worden verbeterd.De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot de therapie van andere neurologische en neuropsychiatrische aandoeningen die met DBS worden behandeld, aangezien andere condities zoals tremoren ook fluctueren en daarom mogelijk vatbaar zijn voor een adaptieve stimulatiebenadering. Het idee voor deze methode is in de loop van de tijd langzaam ontwikkeld, nadat verschillende groepen het belang van overmatige synchronisatie, in het bijzonder bèta-oscillaties, in de pathofysiologie van de ziekte van Parkinson hadden erkend. Begin met het verkrijgen van geïnformeerde toestemming voor het experiment van een patiënt met medisch refractaire ziekte van Parkinson.Na de implantatie van DBS-elektroden zijn er twee DBS-elektroden die elk vier contacten hebben. Er kan een stimulus worden toegediend aan één contact, en er kunnen opnames worden gemaakt van de twee aangrenzende contacten. Het contact dat wordt gebruikt voor het toedienen van de stimulus kan naar behoefte worden gewijzigd in de nacht voordat de experimentele procedure start; stop de Parkinson-medicatie van de patiënt de volgende ochtend wanneer de patiënt arriveert voor het onderzoek, en begin met het wassen van uw handen.Verwijder vervolgens voorzichtig de elektrodekabels uit hun beschermkap. Sluit daarna de geëxternaliseerde DBS-elektroden aan op de verbindingskabel. Sluit vervolgens de elektrode aan op de versterker.Sluit tot slot de referentie-elektrode aan boven het linker sleutelbeen van de patiënt. Registreer vervolgens het bipolaire lokale veldpotentiaal of LFP van contact nul en twee contralateraal aan de zwaarst aangetaste zijde terwijl de patiënt in rust is. Herhaal daarna de bipolaire registratie vanaf contacten één en drie.Voer een power spectral-analyse uit om de patiëntspecifieke bètapiekfrequentie en het bipolaire contactpaar met de hoogste bèta-amplitude voor stimulatietesten te identificeren, wat in dit geval de L0- en L2-elektroden zijn. In dit voorbeeld selecteert u, nadat het bipolaire contactpaar met de hoogste bèta-amplitude is bepaald (hier contact 0 en 2), het contact dat tussen deze twee in ligt als het contact voor monopolaire stimulatie. Sluit vervolgens de patiënt aan op de adaptieve DBS-opstelling.Verbind de analoge versterker met de A/D-converter en met de portable computer waarop de software voor signaalanalyse is geïnstalleerd. Filter het signaal in de tweede fase digitaal rond de specifieke bètapiek van de patiënt met een doorlaatband van 4 Hz. De software bewaakt de bèta-amplitude en gebruikt deze om de stimulatie te regelen. Met een vooraf ingestelde drempelwaarde wordt de bèta-amplitude gladgestreken met een smoothing window van 400 milliseconden.Sluit vervolgens de D aan op een trigger van de stimulator. De volgende stap is het inschakelen van conventionele hoogfrequente stimulatie met een beginspanning van nul. Verbind vervolgens de stimulator via de versterker optisch met de patiënt en isoleer alle verbindingen naar de patiënt.Pas de monopolaire stimulatie toe op het eerder geïdentificeerde contact. Monitor de uitlezing van de stimulator continu gedurende het experiment om er zeker van te zijn dat de verwachte stimulatie langzaam wordt toegediend. Verhoog de stimulatiespanning elke paar minuten in stappen van 0,5 volt.Zoek naar de drempelwaarde voor het klinische effect. Bijvoorbeeld een verbetering van tremor, stijfheid of traagheid. Stel de klinisch bruikbare stimulatiespanning vast, die over het algemeen tussen 1,5 en 3 volt ligt en bij de klinisch effectieve spanning minimale of geen bijwerkingen vertoont, zoals paresthesie.Schakel de stimulator uit met een ramp-down van 250 milliseconden. Schakel de stimulator vervolgens weer in met een ramp-up van 250 milliseconden, terwijl de stimulatie nog op het klinisch effectieve voltage staat. Vraag de patiënt naar paresthesie of andere bijwerkingen die zijn ervaren bij het uitschakelen en inschakelen van de stimulatie, indien er bijwerkingen aanwezig zijn.Verlaag het voltage verder in stappen van 0,25 volt en test op paresthesie door de stimulatie uit- en aan te zetten wanneer er geen paresthesie meer wordt gerapporteerd. Stel het voltage in op 0,1 volt onder deze drempelwaarde en schakel de stimulatie in. Verhoog vervolgens de triggerdrempel voor de bèta-amplitude en zorg ervoor dat het klinische effect aanhoudt; blijf de triggerdrempel voor de bèta-amplitude geleidelijk verhogen tot een niveau dat resulteert in de minimale stimulatietijd.Streef ernaar dat de stimulatie maximaal 50% van de tijd aanstaat, terwijl een klinisch effect behouden blijft. Het aanpassen van de triggerdrempel en de stimulatieparameters om een geschikte adaptieve DBS zonder zelftriggering te waarborgen, is een cruciale stap. Om dit te bereiken is een zorgvuldige en langzame titratie van de drempel- en stimulatiespanningen vereist, terwijl de patiënt nauwlettend wordt gemonitord.Zodra de triggerdrempel en de stimulatieparameters zijn ingesteld, wordt de stimulatie gedurende 10 minuten uitgeschakeld om het stimulatie-effect uit te wassen. Zorg ervoor dat de patiënten geblindeerd blijven voor de testcondities. Begin vervolgens met het toedienen van adaptieve DBS, conventionele DBS of geen stimulatie.Laat de testconditie gedurende een stabilisatieperiode van vijf minuten doorlopen. Begin na vijf minuten met het klinische onderzoek. Beoordeel de patiënt met de Unified Parkinson's Disease Rating Scale.Objectieve beoordelingsmaatstaven zoals accelerometrie of actigrafie kunnen ook worden gebruikt. Schakel na het voltooien van één testconditie de stimulatie uit voor een volgende rustperiode van 10 minuten. Start vervolgens het volgende type stimulatie, opnieuw beginnend met een stabilisatieperiode van vijf minuten voorafgaand aan de beoordeling.Stel de spanningspulsbreedte en de stimulatiefrequentie identiek in voor alle testcondities, zodat het enige verschil betrekking heeft op de timing van de stimulatie. Wat betreft de bèta-amplitude gedurende de klinische testvideo: neem de taak zodanig op dat een onafhankelijke expert op een later tijdstip een geblindeerde beoordeling kan uitvoeren. Het percentage motorische verbetering ten opzichte van de ongestimuleerde toestand, zoals beoordeeld door een niet-geblindeerde waarnemer tijdens de experimentele sessie, wordt hier weergegeven voor conventionele DBS, adaptieve DBS en willekeurige stimulatie. Geblindeerde beoordelingen werden eveneens uitgevoerd door video's van de motorische prestaties te evalueren.De motorische scores verbeterden met 66% en 50% tijdens adaptieve DBS in respectievelijk de ongeblindeerde en geblindeerde condities. Ondanks de verminderde hoeveelheid totale stimulatie was de klinische uitkomst 29% beter ongeblindeerd en 27% beter geblindeerd in de adaptieve DBS-groep vergeleken met de conventionele DBS-groep. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om de patiënt na deze procedure continu te observeren op potentiële bijwerkingen of veranderingen in de klinische toestand.Andere benaderingen, zoals het triggeren van verschillende potentiële biomarkers of met verschillende trigger-niveaus of -vormen, kunnen worden uitgevoerd om de grote variëteit aan mogelijke adaptieve DBS-paradigma's te onderzoeken.

controlling-parkinson-s-disease-with-adaptive-deep-brain-stimulation

Research

JoVE Journal

Medicine

Geneeskunde

Deep brain stimulation operatie biedt een unieke gelegenheid om informatie te coderen te onderzoeken in het menselijk brein wakker. Dit artikel beschrijft intra-operatieve methoden die worden gebruikt om cognitieve en gedragsmatige taken uit te voeren, terwijl tegelijkertijd het verwerven van fysiologische gegevens, zoals EMG, single-unit neuronale activiteit en / of lokale veld potentialen.

Intra-operatieve Behavioral Taken in Awake Mensen ondergaan Deep Brain Stimulation Chirurgie

Het mechanisme dat ten grondslag ligt aan de therapeutische effecten van diepe hersenstimulatie (DBS) chirurgie moet onderzocht worden. De methoden die in dit manuscript worden gepresenteerd, beschrijven een experimentele benadering om de cellulaire gebeurtenissen geactiveerd door DBS te onderzoeken door de genexpressieprofiel van kandidaatgenen te analyseren die neurogenese na DBS-chirurgie kunnen bevorderen.

Analyse van genexpressie Veranderingen in het Rat Hippocampus Na Deep Brain Stimulation van de Anterior Thalamic Nucleus

Er wordt een methode beschreven voor het implanteren van elektroden in de subthalamische nucleus (STN) van ratten. Betere lokalisatie van de STN werd bereikt door het gebruik van een micro-opnamesysteem. Verder wordt een stimulatie-opstelling gepresenteerd die wordt gekenmerkt door langdurige verbindingen tussen het hoofd van het dier en de stimulator.

Micro-elektrode Begeleide Implantatie van elektroden in de nucleus subthalamicus van Rats naar Lange termijn Deep Brain Stimulation

Dit artikel beschrijft de toediening van intracraniale elektrische stimulatie die tijdelijk en ruimtelijk gescheiden is van de omgeving waar drugs worden gebruikt, voor de behandeling van IV-methamfetamineverslaving.

Een algemene methode voor het evalueren van Deep Brain Stimulation Effecten op Intraveneuze Methamfetamine Self-Administration

Het huidige protocol is gericht op het beoordelen van cognitief-emotionele functies in de basale ganglia door gelijktijdige neurofysiologische registratie van lokale veldpotentialen en niet-invasieve hersenactiviteit in de cortex (EEG). De procedure wordt geïllustreerd door het gebruik van paradigma's met spraakstimuli met emotionele connotatie of de Flanker-taak die cognitieve controle betreft.

Gecombineerd Invasieve Subcortical en niet-invasieve Surface Neurofysiologische Opnames voor de evaluatie van cognitieve en emotionele functies in Humans

Dit artikel beschrijft het gebruik van kwantitatieve meting van oogbewegingen in combinatie met stimulatie van focale gebieden van de diepe hersenen om fysiologie, pathofysiologie en de mechanismen van diepe hersenstimulatie te bestuderen.

Met behulp van Saccadometry met Deep Brain Stimulation voor normale en pathologische hersenfunctie Studie

Diepe hersenstimulatie (DBS) is een effectieve behandelingsoptie voor de ziekte van Parkinson. We hebben een onderzoeksontwerp opgesteld om nieuwe stimulatieparadigma's bij ratten te screenen. Het protocol beschrijft het gebruik van de trappentest en cilindertest voor de beoordeling van motorische resultaten bij DBS-behandelde hemiparkinsonische ratten.

Trap en Cilinder Test: een nieuwe benadering voor Motor Resultaat van Deep Brain Stimulation Effecten op het Hemiparkinsonian Rat Assess

In deze studie wordt de methode gepresenteerd over het uitvoeren van multi-site in vivo elektrofysiologische opnamen van de hyperdirecte weg onder urethaananesthesie.

acuut<em&gt; In Vivo</em&gt; Elektrofysiologische opnamen van lokale veldpotentialen en multi-unit activiteit van de Hyperdirect Pathway in verdoofde ratten

Het doel van dit project is het ontwikkelen van een interactieve, patiënt-specifieke modeling pijpleiding om te simuleren van de effecten van diepe hersenstimulatie bij in de buurt van real-time en betekenisvolle feedback geven over de vraag hoe deze apparaten neurale activiteit in de hersenen beïnvloeden.

Richtend neuronale Fiber traktaten voor diepe brein stimulatie therapie met behulp van interactieve, patiënt-specifieke modellen

Het protocol toont een prototype van het multimodale gegevensverzamelingsplatform voor thuis dat onderzoek ondersteunt bij het optimaliseren van adaptieve diepe hersenstimulatie (aDBS) voor mensen met neurologische bewegingsstoornissen. We presenteren ook de belangrijkste bevindingen van het meer dan een jaar inzetten van het platform in het huis van een persoon met de ziekte van Parkinson.

De kliniek thuis brengen: een multimodaal ecosysteem voor gegevensverzameling thuis ter ondersteuning van adaptieve diepe hersenstimulatie

Hier beschrijven we een protocol voor ex vivo high-density micro-elektrode array-opnames van acute cerebellaire hersensnedes van een dystonisch hamstermodel dat in vivo heeft ontvangen. continue pallidale diepe hersenstimulatie gedurende 11 dagen.

Onderzoek naar de netwerkbrede mechanismen van pallidale diepe hersenstimulatie met behulp van high-density micro-elektrode arrays

Leer adaptieve diepe hersenstimulatie voor de behandeling van de ziekte van Parkinson. Deze methode monitort beta-oscillaties in realtime om motorische prestaties te verbeteren en energieverbruik te verminderen.

Controlling ziekte van Parkinson met Adaptive Deep Brain Stimulation

Meer video's verkennen