Spersonalizowana głęboka stymulacja mózgu poprawia chód u osób z chorobą Parkinsona

U pacjentów z chorobą Parkinsona zmiany w zdolności chodzenia mogą być bardzo wyraźne. Tak zwany „chód parkinsonowski” może obejmować zmiany długości kroku i asymetrię między nogami. Te zaburzenia chodu ograniczają mobilność, zwiększają ryzyko upadków i znacząco wpływają na jakość życia pacjenta.

Chociaż głęboka stymulacja mózgu o wysokiej częstotliwości (DBS) jest wysoce skuteczna w redukcji objawów drżenia, sztywności i bradykinezji (spowolnienia ruchu), jej wpływ na chód jest bardziej zmienny i mniej przewidywalny u pacjentów z ciężkimi zaburzeniami chodu. Głównymi wyzwaniami w poprawie wyników DBS w leczeniu zaburzeń chodu pozostają brak znormalizowanego wskaźnika chodu, który lekarze mogliby wykorzystać do dostosowania parametrów stymulacji, a także brak zrozumienia wpływu różnych czynników stymulacji na chód.

W niedawnym badaniu naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco (UCSF) opracowali systematyczny sposób ilościowego określania kluczowych aspektów chodu charakterystycznych dla choroby Parkinsona i wykorzystali techniki uczenia maszynowego do doboru optymalnych ustawień DBS dla każdego pacjenta. Te spersonalizowane ustawienia doprowadziły do znacznej poprawy chodu, na przykład szybszych i bardziej stabilnych kroków, bez nasilenia innych objawów.

Wyniki ich badania opublikowano w npj Parkinson's Disease.

„Podeszliśmy do zadania optymalizacji ustawień DBS jak do problemu inżynierskiego, którego celem było zmodelowanie zależności między parametrami stymulacji, aktywnością mózgu i jakością chodu” – powiedział pierwszy autor, dr Hamid Fekri Azghomi, pracownik naukowy w laboratorium Wanga na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco.

Jak zoptymalizować wydajność chodu

W badaniu pacjentom z chorobą Parkinsona wszczepiono urządzenia DBS, które nie tylko stymulowały mózg, ale także rejestrowały aktywność neuronalną podczas chodzenia. Podczas wizyt w klinice parametry DBS zmieniano w bezpiecznych zakresach, aby zbadać ich wpływ na funkcję chodu. W odpowiedzi na każdy zestaw ustawień, pacjenci szli po obwodzie zamkniętym o długości około sześciu metrów, a dane neuronalne i kinematyka chodu były stale rejestrowane.

Naukowcy opracowali Wskaźnik Wydajności Chodzenia (WPI), który oceniał takie parametry chodu, jak długość kroku, prędkość kroku, amplituda wymachu ramion i spójność chodu. Łącząc te wskaźniki, WPI umożliwił kompleksową ocenę chodu, obejmującą wiele aspektów funkcji motorycznych zaburzonych przez chorobę Parkinsona.

„Nasze wyniki potwierdziły, że zmiany w ustawieniach DBS były skutecznie rejestrowane przez WPI i były zgodne z ocenami pacjentów i klinicystów podczas każdej wizyty” – powiedział Azgomi. „Ta walidacja potwierdza, że WPI jest skutecznym wskaźnikiem oceny i ukierunkowania poprawy chodu u osób z chorobą Parkinsona. Dzięki tym metodom byliśmy w stanie przewidzieć i zidentyfikować spersonalizowane ustawienia DBS, które poprawiły WPI”.

Naukowcy zidentyfikowali również wzorce aktywności mózgu związane z poprawą chodu. Wykorzystując modele wieloczynnikowe, autorzy zidentyfikowali unikalną dynamikę neuronalną, która odróżnia optymalny chód od mniej efektywnych wzorców. Poprawa chodu wiązała się ze zmniejszoną aktywnością fal mózgowych w paśmie beta w określonych fazach cyklu chodu w gałce bladej – obszarze mózgu związanym z zanikiem mięśni u osób z chorobą Parkinsona.

Dane te, wraz ze zidentyfikowanymi indywidualnymi biomarkerami neuronalnymi, podkreślają znaczenie spersonalizowanych interwencji opartych na danych w celu poprawy chodu u osób z chorobą Parkinsona.

„Ta praca nie tylko pogłębia naszą wiedzę na temat wpływu DBS na ruch, ale także pokazuje potencjał spersonalizowanej neuromodulacji w leczeniu choroby Parkinsona i innych zaburzeń neurologicznych, przybliżając nas do inteligentniejszych i skuteczniejszych terapii” – powiedziała dr n. med. Doris Wang, główna autorka badania, neurochirurg i profesor nadzwyczajny neurochirurgii na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco.