Skræddersyet dyb hjernestimulation forbedrer gang ved Parkinsons sygdom

Hos patienter med Parkinsons sygdom kan ændringer i gangevnen være meget udtalte. Den såkaldte "Parkinson-gangart" kan omfatte ændringer i skridtlængden og asymmetri mellem benene. Disse gangforstyrrelser reducerer en persons mobilitet, øger risikoen for fald og påvirker patientens livskvalitet betydeligt.

Selvom højfrekvent dyb hjernestimulation (DBS) er yderst effektiv til at reducere symptomer på tremor, rigiditet og bradykinesi (langsomhed i bevægelse), er dens virkninger på gangen mere variable og mindre forudsigelige hos patienter med alvorlige gangforstyrrelser. De største udfordringer med at forbedre resultaterne af DBS til behandling af gangforstyrrelser er fortsat manglen på en standardiseret gangmetrik, som klinikere kan bruge til justering af stimuleringsparametre, samt manglende forståelse af virkningerne af forskellige stimuleringsfaktorer på gangen.

I et nyligt studie udviklede forskere ved University of California, San Francisco (UCSF) en systematisk metode til at kvantificere centrale aspekter af gangarten, der er karakteristisk for Parkinsons sygdom, og brugte maskinlæringsteknikker til at vælge optimale DBS-indstillinger for hver patient. Disse personlige indstillinger førte til betydelige forbedringer i gang, såsom hurtigere og mere stabile skridt, uden at forværre andre symptomer.

Resultaterne af deres undersøgelse er offentliggjort i npj Parkinson's Disease.

"Vi betragtede opgaven med at optimere DBS-indstillingerne som et ingeniørproblem med det mål at modellere forholdet mellem stimuleringsparametre, hjerneaktivitet og gangpræstation," sagde førsteforfatter Hamid Fekri Azghomi, PhD, en postdoc i UCSF Wang Lab.

Sådan optimerer du gangpræstationen

I studiet fik patienter med Parkinsons sygdom implanteret DBS-enheder, der ikke blot stimulerede hjernen, men også registrerede neural aktivitet, mens de gik. Under klinikbesøg blev DBS-parametrene varieret inden for sikre intervaller for at undersøge deres effekt på gangfunktionen. Som reaktion på hvert sæt indstillinger gik patienterne et lukket kredsløb på cirka seks meter, mens neurale data og gangkinematik blev kontinuerligt registreret.

Forskerne udviklede Walking Performance Index (WPI), som vurderede gangparametre som skridtlængde, skridthastighed, armsvingamplitude og gangkohærens. Ved at kombinere disse parametre gav WPI en omfattende gangvurdering, der dækker flere dimensioner af motorisk funktion påvirket af Parkinsons sygdom.

"Vores resultater bekræftede, at ændringer i DBS-indstillinger effektivt blev registreret af WPI og var i overensstemmelse med patient- og klinikervurderinger ved hvert besøg," sagde Azgomi. "Denne validering bekræfter, at WPI er en effektiv målestok til vurdering og målretning af gangforbedring hos personer med Parkinsons sygdom. Ved hjælp af disse metoder var vi i stand til at forudsige og identificere personlige DBS-indstillinger, der forbedrede WPI."

Forskerne identificerede også mønstre af hjerneaktivitet forbundet med forbedret gang. Ved hjælp af multivariate modeller identificerede forfatterne unikke neurale dynamikker, der adskiller optimal gang fra mindre effektive mønstre. Forbedret gang var forbundet med nedsat beta-bånds hjernebølgeaktivitet i specifikke faser af gangcyklussen i globus pallidus, en hjerneregion forbundet med muskeltab hos personer med Parkinsons sygdom.

Disse data, sammen med de identificerede individuelle neurale biomarkører, fremhæver vigtigheden af personlige, datadrevne interventioner for at forbedre gang hos personer med Parkinsons sygdom.

"Dette arbejde uddyber ikke blot vores forståelse af, hvordan DBS påvirker bevægelse, men demonstrerer også potentialet for personlig neuromodulation til behandling af Parkinsons sygdom og andre neurologiske lidelser, hvilket bringer os tættere på smartere og mere effektive behandlinger," siger seniorforfatter af studiet, Doris Wang, MD, PhD, neurokirurg og lektor i neurokirurgi ved UCSF.