Het in kaart brengen van hersencircuits onthult potentiële behandeldoelen voor hersenaandoeningen – 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="Ziektespecifieke stroomlijnen Diepe hersenstimulatie onthulde de vezelbundels die geassocieerd zijn met symptoomverbetering bij de ziekte van Parkinson (groen), dystonie (geel), het syndroom van Gilles de la Tourette (blauw) en obsessief-compulsieve stoornis (rood). (Met dank aan: Barbara Hollunder)”>

De frontale circuits van de hersenen spelen een cruciale rol bij het controleren van motorische, cognitieve en gedragsmatige functies. Verstoring van de fronto-subcorticale circuits, die de frontale cortex in de voorhersenen verbinden met dieper gelegen basale ganglia, kan resulteren in een reeks neurologische aandoeningen. Het is echter niet duidelijk welke verbindingen verband houden met welke disfuncties. Om licht te werpen op dit probleem en potentiële behandelingsdoelen te helpen identificeren, heeft een internationaal onderzoeksteam diepe hersenstimulatie (DBS) gebruikt om de circuits in kaart te brengen die verband houden met vier verschillende hersenaandoeningen.

DBS is een invasieve therapie waarbij chirurgisch geïmplanteerde elektroden hersennetwerken moduleren door elektrische stimulatie van doelgebieden. Eén zo'n doelwit – de subthalamische kern – is van bijzonder belang omdat het input ontvangt van de gehele frontale cortex naar de basale ganglia. Er is inderdaad aangetoond dat elektrische stimulatie van de subthalamische kern de symptomen van verschillende hersenaandoeningen verlicht.

Het onderzoeksteam – onder leiding van Andreas Hoorn van het Centrum voor hersencircuittherapie aan de Harvard Medical School en Charité - Universitätsmedizin Berlijn, en Ningfei Li van Charité – bestudeerden in totaal 534 DBS-elektroden die waren geïmplanteerd om vier hersenaandoeningen te behandelen: de ziekte van Parkinson (PD), dystonie, obsessief-compulsieve stoornis (OCS) en het syndroom van Gilles de la Tourette (TS).

eerste auteur Barbara Hollunder en collega's onderzochten eerst gegevens van 197 patiënten bij wie DBS-elektroden bilateraal in de subthalamische kern waren geïmplanteerd om deze aandoeningen te behandelen, waaronder 70 met dystonie, 94 met PD, 19 met OCS en 14 met TS.

Voor elke aandoening brachten ze de stimulatie-effecten op subthalamus niveau over het hele cohort in kaart om de plaatsen te identificeren die geassocieerd zijn met de meest gunstige stimulatie. Deze ‘sweet spots’ van DBS verschilden voor de vier stoornissen qua locatie op de subthalamische kern.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/DBS-brain-map-OCD.jpg" data-caption="Hersencircuits in kaart brengen Vezelbundel geassocieerd met symptoomverbetering na DBS bij OCS. Naast het kanaal wordt een voorbeeld van een reeks bilaterale elektroden weergegeven die zijn geïmplanteerd voor de behandeling van deze aandoening bij één enkele patiënt. (Met dank aan: Barbara Hollunder)” title=”Klik om afbeelding in pop-up te openen” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/DBS-brain-map-OCD.jpg”>

Vervolgens brachten de onderzoekers stimulatie-effecten in kaart op de fronto-subcorticale circuits, waardoor ze bij elke aandoening konden identificeren welke hersencircuits disfunctioneel waren geworden (en waarop behandeling kon worden gericht). De circuits die het meest profiteerden van stimulatie (ook wel ‘zoete stroomlijnen’ genoemd) omvatten projecties van sensorimotorische cortices voor dystonie, de primaire motorische cortex voor TS, het aanvullende motorische gebied voor PD, en de ventromediale prefrontale en anterieure cingulaire cortices voor OCD.

“We konden hersenstimulatie gebruiken om circuits voor de optimale behandeling van vier verschillende aandoeningen nauwkeurig te identificeren en te targeten”, zegt Horn in een persverklaring. “In vereenvoudigde bewoordingen: wanneer hersencircuits disfunctioneel worden, kunnen ze fungeren als rem voor de specifieke hersenfuncties die het circuit gewoonlijk uitvoert. Het toepassen van DBS kan de rem loslaten en de functionaliteit gedeeltelijk herstellen.”

Klinisch potentieel

Deze ziektespecifieke stroomlijnmodellen bieden potentieel als leidraad voor toekomstige klinische behandelingen. Om dit vermogen te bevestigen, voerden de onderzoekers verdere experimenten uit met behulp van onafhankelijke gegevens. Ze valideerden de PD- en OCD-stroomlijnmodellen (geselecteerd vanwege de beschikbaarheid van patiënten) in twee extra retrospectieve groepen van respectievelijk 32 en 35 patiënten.

Bij deze extra patiënten gebruikten de onderzoekers het niveau van overlap tussen stimulatievolumes en het respectieve stroomlijnmodel om de klinische resultaten te schatten. Voor beide stoornissen constateerden ze een goede match tussen de schattingen en verbeteringen in de symptomen.

De onderzoekers voerden ook drie prospectieve experimenten uit met behulp van de geïdentificeerde circuits om het behandelvoordeel te verbeteren. Voor twee patiënten herprogrammeerden ze hun DBS-implantaten om de overlap van de stimulatievolumes met het respectieve stroomlijnmodel te maximaliseren. De eerste patiënt, een 67-jarige man met Parkinson, had geprofiteerd van een vermindering van de symptomen met 60% na conventionele klinische behandeling met DBS. Geoptimaliseerde stimulatie op basis van gestroomlijnde parameters verbeterde dit behandelingsvoordeel verder tot een vermindering van de symptomen met 71%.

In het tweede geval ervoer een 21-jarige vrouw met ernstige behandelingsresistente OCD een maand na het stroomlijnen van de DBS-herprogrammering een vermindering van 37% in de mondiale obsessief-compulsieve symptomen, vergeleken met een symptoomvermindering van 17% onder klinische stimulatie. parameters.

Ten slotte implanteerde het team een ​​paar subthalamische elektroden om een ​​32-jarige man te behandelen die sinds zijn 18e aan behandelingsresistente OCD leed. Vier weken na de operatie, waarbij DBS op de hoogte was van de stroomlijnmodellen, rapporteerde hij een 77 % vermindering van algemene obsessief-compulsieve symptomen, waarbij binnen één dag na het inschakelen van de DBS verbeteringen worden waargenomen.

De onderzoekers suggereren dat hun succesvolle validaties van de OCD- en PD-stroomlijndoelen het eerste bewijs kunnen opleveren voor klinische toepassingen in de context van prospectieve validatiestudies. Zij merken op dat – indien verder bevestigd – de geïdentificeerde circuits therapeutische doelen kunnen vertegenwoordigen die ook kunnen worden gebruikt voor stereotactische targeting bij neurochirurgie en mogelijk niet-invasieve transcraniële magnetische stimulatie.

Li vertelt Natuurkunde wereld dat de onderzoekers in de toekomst “van plan zijn het model te verfijnen, zich meer te concentreren op fijnkorrelige disfunctionele hersencircuits, en onze bevindingen te valideren door middel van prospectieve klinische onderzoeken”.

De onderzoekers beschrijven hun bevindingen in Nature Neuroscience.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/mapping-brain-circuits-reveals-potential-treatment-targets-for-brain-disorders/