Kartlegging av hjernekretsløp avslører potensielle behandlingsmål for hjernesykdommer – Physics World

Kartlegging av hjernekretsløp avslører potensielle behandlingsmål for hjernesykdommer – Physics World

Tidsstempel: 15. mars 2024 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="Sykdomsspesifikke effektiviseringer Dyp hjernestimulering avslørte fiberbuntene forbundet med symptomforbedring ved Parkinsons sykdom (grønn), dystoni (gul), Tourettes syndrom (blå) og tvangslidelse (rød). (Med tillatelse: Barbara Hollunder)”>
Hjernesykdomsspesifikke strømlinjer forbundet med symptomforbedring
Sykdomsspesifikke effektiviseringer Dyp hjernestimulering avslørte fiberbuntene forbundet med symptomforbedring ved Parkinsons sykdom (grønn), dystoni (gul), Tourettes syndrom (blå) og tvangslidelse (rød). (Med tillatelse: Barbara Hollunder)

Hjernens frontale kretsløp spiller en viktig rolle i å kontrollere motoriske, kognitive og atferdsmessige funksjoner. Forstyrrelse av fronto-subkortikale kretsløp, som forbinder frontal cortex i forhjernen med basalganglier som ligger dypere inne, kan resultere i en rekke nevrologiske lidelser. Det er imidlertid ikke klart hvilke sammenhenger som er forbundet med hvilke dysfunksjoner. For å belyse dette problemet og bidra til å identifisere potensielle behandlingsmål, har et internasjonalt forskerteam brukt dyp hjernestimulering (DBS) for å kartlegge kretsløpene knyttet til fire forskjellige hjernesykdommer.

DBS er en invasiv terapi der kirurgisk implanterte elektroder modulerer hjernenettverk ved elektrisk stimulering av målregioner. Et slikt mål – den subthalamiske kjernen – er av spesiell interesse ettersom den mottar input fra hele frontale cortex til basalgangliene. Faktisk har elektrisk stimulering av subthalamuskjernen vist seg å lindre symptomer på flere hjernesykdommer.

Forskerteamet – ledet av Andreas Horn fra Center for Brain Circuit Therapeutics ved Harvard Medical School og Charité - Universitätsmedizin Berlin, og Ningfei Li fra Charité – studerte totalt 534 DBS-elektroder implantert for å behandle fire hjernesykdommer: Parkinsons sykdom (PD), dystoni, obsessiv-kompulsiv lidelse (OCD) og Tourettes syndrom (TS).

Første forfatter Barbara Hollunder og kolleger undersøkte først data fra 197 pasienter som hadde DBS-elektroder bilateralt implantert i subthalamuskjernen for å behandle disse lidelsene, inkludert 70 med dystoni, 94 med PD, 19 med OCD og 14 med TS.

For hver lidelse kartla de stimuleringseffekter på subthalamisk nivå på tvers av kohorten for å identifisere stedene knyttet til den mest fordelaktige stimuleringen. Disse DBS "sweet spots" var forskjellige i plassering på den subthalamiske kjernen for de fire lidelsene.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/DBS-brain-map-OCD.jpg" data-caption="Kartlegging av hjernekretsløp Fiberbunt assosiert med symptomforbedring etter DBS ved OCD. Et eksemplarisk sett med bilaterale elektroder implantert for behandling av denne lidelsen hos en enkelt pasient er representert ved siden av kanalen. (Courtesy: Barbara Hollunder)” title=”Klikk for å åpne bildet i popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/DBS-brain-map-OCD.jpg”>Kartlegging av hjernekretser avslører potensielle behandlingsmål for hjernesykdommer – Physics World PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikalt søk. Ai.
Kartlegging av hjernekretsløp Fiberbunt assosiert med symptomforbedring etter DBS ved OCD. Et sett med bilaterale elektroder implantert for behandling i en enkelt pasient er representert ved siden av tarmkanalen. (Med tillatelse: Barbara Hollunder)

Deretter kartla forskerne stimuleringseffekter til de fronto-subkortikale kretsene, slik at de kunne identifisere hvilke hjernekretser som hadde blitt dysfunksjonelle (og kunne målrettes mot behandling) i hver lidelse. Kretsene som hadde størst fordel av stimulering (referert til som "søte strømlinjer") inkluderte projeksjoner fra sensorimotoriske cortex for dystoni, den primære motoriske cortex for TS, det supplerende motoriske området for PD, og ​​de ventromediale prefrontale og anteriore cingulate cortexene for OCD.

"Vi var i stand til å bruke hjernestimulering for å nøyaktig identifisere og målrette kretser for optimal behandling av fire forskjellige lidelser," sier Horn i en pressemelding. "Forenklet sett, når hjernekretsløp blir dysfunksjonelle, kan de fungere som bremser for de spesifikke hjernefunksjonene som kretsen vanligvis utfører. Bruk av DBS kan frigjøre bremsen og kan delvis gjenopprette funksjonaliteten."

Klinisk potensial

Disse sykdomsspesifikke strømlinjeformingsmodellene har potensial for å veilede fremtidige kliniske behandlinger. For å bekrefte denne evnen utførte forskerne ytterligere eksperimenter ved å bruke uavhengige data. De validerte PD- og OCD-strømlinjemodellene (valgt på grunn av pasienttilgjengelighet) i ytterligere to retrospektive grupper på henholdsvis 32 og 35 pasienter.

Hos disse ekstra pasientene brukte forskerne overlappingsnivået mellom stimuleringsvolumer og den respektive strømlinjeformingsmodellen for å estimere kliniske resultater. For begge lidelsene observerte de et godt samsvar mellom estimatene og forbedringer i symptomene.

Forskerne utførte også tre prospektive eksperimenter ved å bruke de identifiserte kretsene for å forbedre behandlingsfordelen. For to pasienter omprogrammerte de DBS-implantatene sine for å maksimere overlappingen av stimuleringsvolumene med den respektive strømlinjemodellen. Den første pasienten, en 67 år gammel mann med PD, hadde hatt fordel av en 60 % reduksjon i symptomer ved konvensjonell klinisk behandling med DBS. Optimalisert stimulering basert på strømlinjeledede parametere forbedret denne behandlingsfordelen ytterligere til en 71 % reduksjon i symptomer.

I det andre tilfellet, en 21 år gammel kvinne med alvorlig behandlingsresistent OCD, opplevde hun en måned etter strømlinjebasert DBS-omprogrammering en 37 % reduksjon i globale tvangssymptomer, sammenlignet med en 17 % symptomreduksjon under klinisk stimulering parametere.

Til slutt implanterte teamet et par subthalamiske elektroder for å behandle en 32 år gammel mann som hadde lidd av behandlingsresistent OCD siden han var 18 år. Fire uker etter operasjonen, med DBS informert av strømlinjemodellene, rapporterte han en 77 % reduksjon i globale obsessiv-kompulsive symptomer, med forbedringer sett innen én dag etter at DBS ble slått på.

Forskerne foreslår at deres vellykkede valideringer av OCD- og PD-strømlinjemålene kan gi innledende bevis for kliniske anvendelser i sammenheng med prospektive valideringsstudier. De bemerker at - hvis ytterligere bekreftet - de identifiserte kretsene kan representere terapeutiske mål som også kan brukes til stereotaktisk målretting i nevrokirurgi og potensielt ikke-invasiv transkraniell magnetisk stimulering.

Li forteller Fysikkens verden at forskerne i fremtiden "planlegger å avgrense modellen, fokusere mer på finkornede dysfunksjonelle hjernekretsløp, og validere funnene våre gjennom prospektive kliniske studier".

Forskerne beskriver funnene sine i Nature Neuroscience.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden