Kartläggning av hjärnkretsar avslöjar potentiella behandlingsmål för hjärnsjukdomar – 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="Sjukdomsspecifika effektiviseringar Djup hjärnstimulering avslöjade fiberknippen som är förknippade med symtomförbättring vid Parkinsons sjukdom (grön), dystoni (gul), Tourettes syndrom (blå) och tvångssyndrom (röd). (Med tillstånd: Barbara Hollunder)”>

Hjärnans frontala kretsar spelar en viktig roll för att kontrollera motoriska, kognitiva och beteendemässiga funktioner. Avbrott i de fronto-subkortikala kretsarna, som förbinder den främre cortex i framhjärnan med basala ganglier belägna djupare inuti, kan resultera i en rad neurologiska störningar. Det är dock inte klart vilka samband som är förknippade med vilka dysfunktioner. För att belysa detta problem och hjälpa till att identifiera potentiella behandlingsmål har ett internationellt forskarlag använt djup hjärnstimulering (DBS) för att kartlägga kretslopp som är associerade med fyra olika hjärnsjukdomar.

DBS är en invasiv terapi där kirurgiskt implanterade elektroder modulerar hjärnnätverk genom elektrisk stimulering av målregioner. Ett sådant mål – den subthalamiska kärnan – är av särskilt intresse eftersom den får input från hela frontala cortex till basalganglierna. Faktiskt har elektrisk stimulering av den subtalamiska kärnan visat sig lindra symtom på flera hjärnsjukdomar.

Forskargruppen – ledd av Andreas Horn från Center for Brain Circuit Therapeutics vid Harvard Medical School och Charité - Universitätsmedizin Berlin, och Ningfei Li från Charité – studerade totalt 534 DBS-elektroder implanterade för att behandla fyra hjärnsjukdomar: Parkinsons sjukdom (PD), dystoni, tvångssyndrom (OCD) och Tourettes syndrom (TS).

Förste författare Barbara Hollunder och kollegor undersökte först data från 197 patienter som hade DBS-elektroder bilateralt implanterade i subtalamuskärnan för att behandla dessa sjukdomar, inklusive 70 med dystoni, 94 med PD, 19 med OCD och 14 med TS.

För varje störning kartlade de stimuleringseffekter på subtalamisk nivå över kohorten för att identifiera de platser som är associerade med den mest fördelaktiga stimuleringen. Dessa DBS "sweet spots" skilde sig åt i lokaliseringen på subthalamuskärnan för de fyra sjukdomarna.

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/DBS-brain-map-OCD.jpg" data-caption="Kartläggning av hjärnkretsar Fiberbunt associerad med symtomförbättring efter DBS vid OCD. En exemplifierande uppsättning av bilaterala elektroder implanterade för behandling av denna störning hos en enda patient är representerad vid sidan av kanalen. (Med tillstånd: Barbara Hollunder)” title=”Klicka för att öppna bilden i popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/03/DBS-brain-map-OCD.jpg”>

Därefter kartlade forskarna stimuleringseffekter till de fronto-subkortikala kretsarna, vilket gjorde det möjligt för dem att identifiera vilka hjärnkretsar som hade blivit dysfunktionella (och kunde riktas mot behandling) i varje störning. De kretsar som gynnades mest av stimulering (refererade till som "söta strömlinjer") inkluderade projektioner från sensorimotoriska cortex för dystoni, den primära motoriska cortexen för TS, det kompletterande motoriska området för PD och de ventromediala prefrontala och främre cingulate cortexerna för OCD.

"Vi kunde använda hjärnstimulering för att exakt identifiera och rikta kretsar för optimal behandling av fyra olika sjukdomar", säger Horn i ett pressmeddelande. "I förenklade termer, när hjärnkretsar blir dysfunktionella kan de fungera som bromsar för de specifika hjärnfunktioner som kretsen vanligtvis utför. Användning av DBS kan lossa bromsen och kan delvis återställa funktionaliteten."

Klinisk potential

Dessa sjukdomsspecifika effektiviseringsmodeller har potential för att vägleda framtida kliniska behandlingar. För att bekräfta denna förmåga utförde forskarna ytterligare experiment med hjälp av oberoende data. De validerade PD- och OCD-strömlinjemodellerna (valda på grund av patienttillgänglighet) i ytterligare två retrospektiva grupper om 32 respektive 35 patienter.

Hos dessa ytterligare patienter använde forskarna nivån av överlappning mellan stimuleringsvolymer och respektive effektiviseringsmodell för att uppskatta kliniska resultat. För båda störningarna observerade de en god matchning mellan uppskattningarna och förbättringar av symtomen.

Forskarna utförde också tre prospektiva experiment med de identifierade kretsarna för att förbättra behandlingsnyttan. För två patienter omprogrammerade de sina DBS-implantat för att maximera överlappningen av stimuleringsvolymer med respektive effektiviseringsmodell. Den första patienten, en 67-årig man med PD, hade gynnats av en 60 % minskning av symtomen vid konventionell klinisk behandling med DBS. Optimerad stimulering baserad på strömlinjestyrda parametrar förbättrade denna behandlingsfördel ytterligare till en 71 % minskning av symtomen.

I det andra fallet, en 21-årig kvinna med svår behandlingsresistent OCD, upplevde hon en månad efter effektiviseringsbaserad DBS-omprogrammering en 37 % minskning av globala tvångssyndrom, jämfört med en 17 % symtomminskning under klinisk stimulering parametrar.

Slutligen implanterade teamet ett par subtalamiska elektroder för att behandla en 32-årig man som hade lidit av behandlingsresistent OCD sedan 18 års ålder. Fyra veckor efter operationen, med DBS informerad av effektiviseringsmodellerna, rapporterade han en 77 % minskning av globala tvångssyndrom, med förbättringar som ses inom en dag efter att DBS slagits på.

Forskarna föreslår att deras framgångsrika validering av OCD- och PD-effektiviseringsmålen kan ge första bevis för kliniska tillämpningar i samband med prospektiva valideringsstudier. De noterar att – om de bekräftas ytterligare – kan de identifierade kretsarna representera terapeutiska mål som också kan användas för stereotaktisk målinriktning i neurokirurgi och potentiellt icke-invasiv transkraniell magnetisk stimulering.

Li berättar Fysikvärlden att forskarna i framtiden "planerar att förfina modellen, fokusera mer på finkorniga dysfunktionella hjärnkretsar, och validera våra resultat genom prospektiva kliniska prövningar".

Forskarna beskriver sina fynd i Nature Neuroscience.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/mapping-brain-circuits-reveals-potential-treatment-targets-for-brain-disorders/