La mappatura dei circuiti cerebrali rivela potenziali bersagli terapeutici per i disturbi cerebrali – Physics World

<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="Semplificazioni specifiche per la malattia La stimolazione cerebrale profonda ha rivelato i fasci di fibre associati al miglioramento dei sintomi del morbo di Parkinson (verde), della distonia (giallo), della sindrome di Tourette (blu) e del disturbo ossessivo-compulsivo (rosso). (Per gentile concessione di Barbara Hollunder)”>

I circuiti frontali del cervello svolgono un ruolo vitale nel controllo delle funzioni motorie, cognitive e comportamentali. L’interruzione dei circuiti fronto-sottocorticali, che collegano la corteccia frontale nel prosencefalo con i gangli della base situati più in profondità, può provocare una serie di disturbi neurologici. Non è chiaro, tuttavia, quali connessioni siano associate a quali disfunzioni. Per far luce su questo problema e aiutare a identificare potenziali bersagli terapeutici, un gruppo di ricerca internazionale ha utilizzato la stimolazione cerebrale profonda (DBS) per mappare i circuiti associati a quattro diversi disturbi cerebrali.

La DBS è una terapia invasiva in cui gli elettrodi impiantati chirurgicamente modulano le reti cerebrali mediante stimolazione elettrica delle regioni bersaglio. Uno di questi obiettivi – il nucleo subtalamico – è di particolare interesse poiché riceve input dall’intera corteccia frontale ai gangli della base. Infatti, è stato dimostrato che la stimolazione elettrica del nucleo subtalamico allevia i sintomi di diversi disturbi cerebrali.

Il gruppo di ricerca – guidato da Andrea Corno dal Centro per la Terapia dei Circuiti Cerebrali alla Harvard Medical School e Charité - Universitätsmedizin Berline Ningfei Li di Charité – hanno studiato un totale di 534 elettrodi DBS impiantati per trattare quattro disturbi cerebrali: morbo di Parkinson (PD), distonia, disturbo ossessivo-compulsivo (DOC) e sindrome di Tourette (TS).

Primo autore Barbara Hollunder e colleghi hanno prima esaminato i dati di 197 pazienti a cui erano stati impiantati elettrodi DBS bilateralmente nel nucleo subtalamico per trattare questi disturbi, di cui 70 con distonia, 94 con PD, 19 con DOC e 14 con TS.

Per ciascun disturbo, hanno mappato gli effetti della stimolazione a livello subtalamico in tutta la coorte per identificare i siti associati alla stimolazione più benefica. Questi “punti deboli” della DBS differivano nella posizione sul nucleo subtalamico per i quattro disturbi.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/DBS-brain-map-OCD.jpg" data-caption="Mappatura dei circuiti cerebrali Fascio di fibre associato al miglioramento dei sintomi in seguito alla DBS nel disturbo ossessivo compulsivo. Accanto al tratto è rappresentato un set esemplare di elettrodi bilaterali impiantati per il trattamento di questo disturbo in un singolo paziente. (Per gentile concessione: Barbara Hollunder)” title=”Fare clic per aprire l'immagine in popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/DBS-brain-map-OCD.jpg”>

Successivamente, i ricercatori hanno mappato gli effetti della stimolazione sui circuiti fronto-sottocorticali, consentendo loro di identificare quali circuiti cerebrali erano diventati disfunzionali (e potevano essere presi di mira per il trattamento) in ciascun disturbo. I circuiti che hanno beneficiato maggiormente della stimolazione (denominati “sweet streamlines”) includevano proiezioni della corteccia sensomotoria per la distonia, della corteccia motoria primaria per la TS, dell’area motoria supplementare per la PD e delle cortecce prefrontali ventromediali e cingolate anteriori per il disturbo ossessivo compulsivo.

"Siamo stati in grado di utilizzare la stimolazione cerebrale per identificare con precisione e indirizzare i circuiti per il trattamento ottimale di quattro diversi disturbi", afferma Horn in un comunicato stampa. “In termini semplificati, quando i circuiti cerebrali diventano disfunzionali, possono fungere da freni per le funzioni cerebrali specifiche che il circuito solitamente svolge. L’applicazione del DBS può rilasciare il freno e ripristinare in parte la funzionalità”.

Potenziale clinico

Questi modelli di semplificazione specifici della malattia hanno il potenziale per guidare i futuri trattamenti clinici. Per confermare questa capacità, i ricercatori hanno eseguito ulteriori esperimenti utilizzando dati indipendenti. Hanno convalidato i modelli di semplificazione PD e DOC (selezionati in base alla disponibilità dei pazienti) in due ulteriori gruppi retrospettivi di 32 e 35 pazienti, rispettivamente.

In questi ulteriori pazienti, i ricercatori hanno utilizzato il livello di sovrapposizione tra i volumi di stimolazione e il rispettivo modello di semplificazione per stimare i risultati clinici. Per entrambi i disturbi, hanno osservato una buona corrispondenza tra le stime e i miglioramenti dei sintomi.

I ricercatori hanno inoltre eseguito tre esperimenti prospettici utilizzando i circuiti identificati per migliorare i benefici del trattamento. Per due pazienti, hanno riprogrammato i rispettivi impianti DBS per massimizzare la sovrapposizione dei volumi di stimolazione con il rispettivo modello semplificato. Il primo paziente, un maschio di 67 anni affetto da PD, aveva beneficiato di una riduzione del 60% dei sintomi in seguito al trattamento clinico convenzionale con DBS. La stimolazione ottimizzata basata su parametri guidati dall’ottimizzazione ha migliorato questo beneficio del trattamento ulteriormente fino a una riduzione del 71% dei sintomi.

Nel secondo caso, una donna di 21 anni con disturbo ossessivo compulsivo grave resistente al trattamento, un mese dopo la riprogrammazione DBS basata su semplificazione ha sperimentato una riduzione del 37% dei sintomi ossessivo-compulsivi globali, rispetto a una riduzione dei sintomi del 17% sotto stimolazione clinica parametri.

Infine, il team ha impiantato una coppia di elettrodi subtalamici per trattare un maschio di 32 anni che soffriva di disturbo ossessivo compulsivo resistente al trattamento dall'età di 18 anni. Quattro settimane dopo l'intervento chirurgico, con la DBS informata dai modelli ottimizzati, ha riportato un 77 % di riduzione dei sintomi ossessivo-compulsivi globali, con miglioramenti osservati entro un giorno dall'attivazione della DBS.

I ricercatori suggeriscono che le loro convalide riuscite degli obiettivi di razionalizzazione del disturbo ossessivo compulsivo e della malattia di Parkinson potrebbero fornire prove iniziali per applicazioni cliniche nel contesto di futuri studi di convalida. Notano che – se ulteriormente confermati – i circuiti identificati potrebbero rappresentare bersagli terapeutici che potrebbero essere utilizzati anche per il targeting stereotassico in neurochirurgia e per la stimolazione magnetica transcranica potenzialmente non invasiva.

Li racconta Mondo della fisica che in futuro i ricercatori “prevedono di perfezionare il modello, concentrandosi maggiormente sui circuiti cerebrali disfunzionali a grana fine, e di convalidare i nostri risultati attraverso studi clinici prospettici”.

I ricercatori descrivono le loro scoperte in Nature Neuroscience.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/mapping-brain-circuits-reveals-potential-treatment-targets-for-brain-disorders/