Controlar a doença de Parkinson com Adaptive Estimulação Cerebral Profunda

O objetivo geral do experimento a seguir é observar e quantificar o efeito clínico da estimulação cerebral profunda adaptativa e compará-lo à estimulação padrão. Isso é alcançado mediante gravação passiva realizada pelos eletrodos de estimulação cerebral profunda ou DBS de pacientes com Parkinson no pós-operatório e análise espectral em montagens bipolares para identificar os contatos ideais para estimulação e registro simultâneos. Como segundo passo, realiza-se a estimulação monopolar clínica contínua padrão no contato identificado para determinar os parâmetros que conferem melhorias clínicas, como a supressão de tremor.

A seguir, realiza-se a estimulação intermitente de acordo com a amplitude beta, a fim de identificar limiares de gatilhamento apropriados para a estimulação adaptativa, que pode então ser testada frente à estimulação contínua padrão. Os resultados mostram melhorias no desfecho clínico com a estimulação adaptativa em comparação com a estimulação de alta frequência padrão, apesar das reduções significativas na quantidade de carga elétrica entregue e no tempo de estimulação. A principal vantagem desta técnica em relação a métodos existentes, como a estimulação convencional de alta frequência, é que, em estudos agudos, ela reduz a estimulação global e, portanto, poupa a bateria, além de melhorar o desempenho motor.

As implicações dessa técnica estendem-se ao tratamento de outros distúrbios neurológicos e neuropsiquiátricos tratados com DBS, pois outras condições, como tremor, também flutuam e, portanto, podem ser passíveis de uma abordagem de estimulação adaptativa. A ideia por trás desse método desenvolveu-se lentamente ao longo do tempo, à medida que diversos grupos reconheceram a importância da sincronização excessiva, particularmente das oscilações na faixa beta, na fisiopatologia da doença de Parkinson. Comece obtendo consentimento informado para o experimento de um paciente com doença de Parkinson refratária ao tratamento médico.

Após a implantação dos eletrodos de estimulação cerebral profunda (DBS), existem eletrodos BS 2D, cada um com quatro contatos. Um estímulo pode ser aplicado em um contato, e registros podem ser obtidos nos dois contatos adjacentes. O contato usado para aplicar o estímulo pode ser alterado conforme desejado na noite anterior ao procedimento experimental; interrompa o medicamento parkinsoniano do paciente na manhã seguinte, quando o paciente chegar para o teste, começando então pela higienização das mãos.

Em seguida, remova cuidadosamente os fios dos eletrodos da sua cobertura protetora. Depois, conecte os eletrodos de DBS externos ao cabo conector. Em seguida, conecte o eletrodo ao amplificador.

Por fim, conecte o eletrodo de referência sobre a clavícula esquerda do paciente. Em seguida, registre o potencial local bipolar ou LFP do contato zero e dois contralaterais ao lado mais afetado enquanto o paciente está em repouso. A seguir, repita o registro bipolar dos contatos um e três.

Realize uma análise espectral de potência para identificar a frequência específica do pico beta do paciente e o par de contatos bipolares com a maior amplitude beta para o teste de estimulação, que são os eletrodos L zero L dois. Neste exemplo, após determinar o par de contatos bipolares com a maior amplitude beta, que neste caso seria zero e dois, selecione o contato que é ponteado por esses dois como o contato para estimulação monopolares. Para conectar o paciente ao sistema de DBS adaptativo.

Conecte o amplificador analógico ao conversor de A para D e ao computador portátil que executa o software de análise de sinal. Na segunda etapa, filtre digitalmente o sinal em torno do pico beta específico do paciente com uma banda de passagem de quatro hertz. O software monitora a amplitude beta e utiliza esse valor para controlar a estimulação; com um limiar predefinido, a amplitude beta é suavizada utilizando uma janela de suavização de 400 milissegundos.

Em seguida, conecte o D a um gatilho no estimulador. O próximo passo é ativar a estimulação de alta frequência convencional com uma tensão inicial de zero. Em seguida, conecte o estimulador ao paciente por meio do amplificador, isolando opticamente todas as conexões com o paciente.

Aplicar a estimulação monopolares no contato identificado anteriormente. Monitorar continuamente a leitura do estimulador durante todo o experimento para garantir que a estimulação esperada seja entregue lentamente. Aumentar a voltagem de estimulação em incrementos de 0,5 volt a cada poucos minutos.

Buscando o limiar do efeito clínico. Por exemplo, uma melhora no tremor, rigidez ou lentidão. Estabeleça a tensão de estimulação clinicamente útil, que geralmente está entre 1,5 e três volts e apresenta efeitos colaterais mínimos ou ausentes, como parestesia, com a estimulação na tensão clinicamente eficaz.

Desligue o estimulador com uma rampa descendente de 250 milissegundos. Em seguida, mantendo a estimulação na tensão clinicamente eficaz, ligue o estimulador com uma rampa ascendente de 250 milissegundos. Pergunte ao paciente sobre parestesia ou quaisquer outros efeitos colaterais sentidos ao desligar e ligar a estimulação, caso haja efeitos colaterais presentes.

Continue reduzindo a tensão em etapas de 0,25 volts e teste a presença de parestesia alternando a estimulação desligada e ligada quando não for mais relatada parestesia. Ajuste a tensão em 0,1 volts abaixo desse limiar e ligue a estimulação. Em seguida, aumente o limiar de ativação da amplitude beta e certifique-se de que o efeito clínico permanece; continue aumentando gradualmente o limiar de ativação da amplitude beta até um nível que resulte no tempo mínimo de estimulação ligada.

Embora se mantenha um efeito clínico, o objetivo é que a estimulação esteja ativa no máximo 50% do tempo. Ajustar o limiar de gatilhamento e os parâmetros de estimulação para garantir uma DBS adaptativa apropriada, sem autoacionamento, é uma etapa crucial. Isso exige uma titulação cuidadosa e lenta do limiar e das tensões de estimulação, com monitoramento atento do paciente.

Uma vez definidos o limiar de ativação e os parâmetros de estimulação, desligue a estimulação por 10 minutos para eliminar o efeito da estimulação anterior. Certifique-se de que os pacientes estejam cegos às condições do teste. Inicie a entrega de DBS adaptativo, DBS convencional ou ausência de estimulação.

Permita que a condição de teste prossiga por um período de estabilização de cinco minutos. Após cinco minutos, inicie o teste clínico. Avalie o paciente utilizando a Escala Unificada de Avaliação da Doença de Parkinson.

Medidas objetivas de avaliação, como acelerometria ou actigrafia, também podem ser utilizadas. Após concluir uma condição de teste, desligue a estimulação por outro período de descanso de 10 minutos. Em seguida, inicie o próximo tipo de estimulação, novamente com um período de estabilização de cinco minutos antes de realizar a avaliação.

Fixe a largura do pulso de voltagem e a frequência de estimulação de forma idêntica entre as condições experimentais, de modo que a única diferença esteja relacionada ao momento da estimulação. Com relação à amplitude beta ao longo do vídeo do teste clínico, grave a tarefa para que um especialista independente possa realizar uma avaliação cega em momento posterior. A melhora motora percentual em relação ao estado sem estimulação, avaliada por um observador não cego durante a sessão experimental, é mostrada aqui para a DBS convencional, DBS adaptativa e estimulação aleatória. Avaliações cegas também foram realizadas mediante análise de vídeos do desempenho motor.

Os escores motores foram melhorados em 66% e 50% durante a DBS adaptativa nas condições não encoberta e encoberta, respectivamente. Apesar da redução na quantidade total de estimulação, o desfecho clínico foi 29% melhor na condição não encoberta e 27% melhor na encoberta no grupo de DBS adaptativa em comparação com o grupo de DBS convencional. Ao realizar este procedimento, é importante lembrar-se de observar continuamente o paciente quanto a possíveis efeitos adversos ou alterações no estado clínico após a realização deste procedimento.

Outras abordagens, como o acionamento de diferentes biomarcadores potenciais ou com diferentes níveis ou formas de acionamento, podem ser realizadas para explorar a grande variedade de possíveis paradigmas de DBS adaptativo.