Kortlægning af hjernekredsløb afslører potentielle behandlingsmål for hjernesygdomme – Physics World

Kortlægning af hjernekredsløb afslører potentielle behandlingsmål for hjernesygdomme – Physics World

Tidsstempel: 15. marts 2024 kl. 6:00

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/mapping-brain-circuits-reveals-potential-treatment-targets-for-brain-disorders-physics-world-3.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/mapping-brain-circuits-reveals-potential-treatment-targets-for-brain-disorders-physics-world-3.jpg" data-caption="Sygdomsspecifikke strømlines Dyb hjernestimulering afslørede fiberbundterne forbundet med symptomforbedring ved Parkinsons sygdom (grøn), dystoni (gul), Tourettes syndrom (blå) og obsessiv-kompulsiv lidelse (rød). (Med høflighed: Barbara Hollunder)”>
Hjernesygdomsspecifikke strømlines forbundet med symptomforbedring
Sygdomsspecifikke strømlines Dyb hjernestimulering afslørede fiberbundterne forbundet med symptomforbedring ved Parkinsons sygdom (grøn), dystoni (gul), Tourettes syndrom (blå) og obsessiv-kompulsiv lidelse (rød). (Med høflighed: Barbara Hollunder)

Hjernens frontale kredsløb spiller en afgørende rolle i at kontrollere motoriske, kognitive og adfærdsmæssige funktioner. Afbrydelse af de fronto-subkortikale kredsløb, som forbinder frontal cortex i forhjernen med basale ganglier placeret dybere inde, kan resultere i en række neurologiske lidelser. Det er dog ikke klart, hvilke forbindelser der er forbundet med hvilke dysfunktioner. For at kaste lys over dette problem og hjælpe med at identificere potentielle behandlingsmål har et internationalt forskerhold brugt dyb hjernestimulering (DBS) til at kortlægge kredsløbene forbundet med fire forskellige hjernesygdomme.

DBS er en invasiv terapi, hvor kirurgisk implanterede elektroder modulerer hjernenetværk ved elektrisk stimulering af målområder. Et sådant mål - den subthalamiske kerne - er af særlig interesse, da den modtager input fra hele frontale cortex til basalganglierne. Faktisk har elektrisk stimulering af den subthalamiske kerne vist sig at lindre symptomer på adskillige hjernesygdomme.

Forskerholdet – ledet af Andreas Horn fra Center for Brain Circuit Therapeutics på Harvard Medical School og Charité - Universitätsmedizin Berlin, og Ningfei Li fra Charité – undersøgte i alt 534 DBS-elektroder implanteret til behandling af fire hjernesygdomme: Parkinsons sygdom (PD), dystoni, obsessiv-kompulsiv lidelse (OCD) og Tourettes syndrom (TS).

Første forfatter Barbara Hollunder og kolleger undersøgte først data fra 197 patienter, som fik DBS-elektroder bilateralt implanteret i den subthalamiske kerne for at behandle disse lidelser, herunder 70 med dystoni, 94 med PD, 19 med OCD og 14 med TS.

For hver lidelse kortlagde de stimuleringseffekter på subthalamisk niveau på tværs af kohorten for at identificere de steder, der er forbundet med den mest gavnlige stimulering. Disse DBS "søde pletter" var forskellige i placering på den subthalamiske kerne for de fire lidelser.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/DBS-brain-map-OCD.jpg" data-caption="Kortlægning af hjernekredsløb Fiberbundt forbundet med symptomforbedring efter DBS ved OCD. Et eksemplarisk sæt bilaterale elektroder implanteret til behandling af denne lidelse i en enkelt patient er repræsenteret ved siden af ​​kanalen. (Courtesy: Barbara Hollunder)” title=”Klik for at åbne billede i popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/DBS-brain-map-OCD.jpg”>Kortlægning af hjernekredsløb afslører potentielle behandlingsmål for hjernesygdomme – Physics World PlatoBlockchain Data Intelligence. Lodret søgning. Ai.
Kortlægning af hjernekredsløb Fiberbundt forbundet med symptomforbedring efter DBS ved OCD. Et sæt bilaterale elektroder implanteret til behandling i en enkelt patient er repræsenteret ved siden af ​​kanalen. (Med høflighed: Barbara Hollunder)

Dernæst kortlagde forskerne stimuleringseffekter til de fronto-subkortikale kredsløb, hvilket gjorde dem i stand til at identificere, hvilke hjernekredsløb der var blevet dysfunktionelle (og kunne målrettes til behandling) i hver lidelse. De kredsløb, der havde størst fordel af stimulering (benævnt "søde strømlinjer") inkluderede fremskrivninger fra sensorimotoriske cortex for dystoni, den primære motoriske cortex for TS, det supplerende motoriske område for PD og de ventromediale præfrontale og anteriore cingulate cortex for OCD.

"Vi var i stand til at bruge hjernestimulering til præcist at identificere og målrette kredsløb til den optimale behandling af fire forskellige lidelser," siger Horn i en pressemeddelelse. "Forenklet sagt, når hjernekredsløb bliver dysfunktionelle, kan de fungere som bremser for de specifikke hjernefunktioner, som kredsløbet normalt udfører. Anvendelse af DBS kan udløse bremsen og kan delvist genoprette funktionaliteten."

Klinisk potentiale

Disse sygdomsspecifikke strømlinemodeller rummer potentiale til at vejlede fremtidige kliniske behandlinger. For at bekræfte denne evne udførte forskerne yderligere eksperimenter ved hjælp af uafhængige data. De validerede PD- og OCD-strømlinemodellerne (valgt på grund af patienttilgængelighed) i to yderligere retrospektive grupper på henholdsvis 32 og 35 patienter.

Hos disse yderligere patienter brugte forskerne niveauet af overlap mellem stimuleringsvolumener og den respektive strømlinemodel til at estimere kliniske resultater. For begge lidelser observerede de et godt match mellem estimaterne og forbedringer i symptomer.

Forskerne udførte også tre prospektive eksperimenter ved at bruge de identificerede kredsløb for at forbedre behandlingsfordelene. For to patienter omprogrammerede de deres DBS-implantater for at maksimere overlapningen af ​​stimuleringsvolumener med den respektive strømlinemodel. Den første patient, en 67-årig mand med PD, havde nydt godt af en 60% reduktion af symptomer ved konventionel klinisk behandling med DBS. Optimeret stimulering baseret på strømline-guidede parametre forbedrede denne behandlingsfordel yderligere til en 71 % reduktion af symptomer.

I det andet tilfælde, en 21-årig kvinde med svær behandlingsresistent OCD, oplevede hun en måned efter strømlinebaseret DBS-omprogrammering en reduktion på 37 % i globale tvangssymptomer sammenlignet med en symptomreduktion på 17 % under klinisk stimulering parametre.

Endelig implanterede holdet et par subthalamiske elektroder for at behandle en 32-årig mand, der havde lidt af behandlingsresistent OCD siden 18-årsalderen. Fire uger efter operationen, med DBS informeret af strømlinemodellerne, rapporterede han en 77 % reduktion i globale obsessiv-kompulsive symptomer, med forbedringer set inden for en dag efter tænding af DBS.

Forskerne foreslår, at deres vellykkede valideringer af OCD- og PD-strømlinemålene kan give indledende beviser for kliniske anvendelser i forbindelse med prospektive valideringsstudier. De bemærker, at - hvis de bekræftes yderligere - kan de identificerede kredsløb repræsentere terapeutiske mål, der også kan bruges til stereotaktisk målretning i neurokirurgi og potentielt ikke-invasiv transkraniel magnetisk stimulering.

Li fortæller Fysik verden at forskerne i fremtiden "planlægger at forfine modellen med mere fokus på finkornede dysfunktionelle hjernekredsløb og validere vores resultater gennem prospektive kliniske forsøg".

Forskerne beskriver deres resultater i Nature Neuroscience.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden