Skreddersydd dyp hjernestimulering forbedrer gangen ved Parkinsons sykdom

Hos pasienter med Parkinsons sykdom kan endringer i gangevnen være svært uttalte. Den såkalte «Parkinson-gangen» kan omfatte endringer i skrittlengde og asymmetri mellom beina. Disse gangforstyrrelsene reduserer en persons mobilitet, øker risikoen for fall og påvirker pasientens livskvalitet betydelig.

Selv om høyfrekvent dyp hjernestimulering (DBS) er svært effektiv for å redusere symptomer på tremor, rigiditet og bradykinesi (treghet i bevegelse), er effekten på gangen mer variable og mindre forutsigbare hos pasienter med alvorlige gangforstyrrelser. De største utfordringene med å forbedre resultatene av DBS for behandling av gangforstyrrelser er fortsatt mangelen på en standardisert gangmetrikk som klinikere kan bruke når de justerer stimuleringsparametere, samt manglende forståelse av effektene av ulike stimuleringsfaktorer på gangen.

I en nylig studie utviklet forskere ved University of California, San Francisco (UCSF) en systematisk måte å kvantifisere viktige aspekter ved gange som er karakteristisk for Parkinsons sykdom, og brukte maskinlæringsteknikker for å velge optimale DBS-innstillinger for hver pasient. Disse personlige innstillingene førte til betydelige forbedringer i gange, som raskere og mer stabile skritt, uten å forverre andre symptomer.

Resultatene av studien deres er publisert i npj Parkinson's Disease.

«Vi tilnærmet oss oppgaven med å optimalisere DBS-innstillingene som et ingeniørproblem, med mål om å modellere forholdet mellom stimuleringsparametere, hjerneaktivitet og gangartytelse», sa førsteforfatter Hamid Fekri Azghomi, PhD, en postdoktor ved UCSF Wang Lab.

Slik optimaliserer du gangprestasjonen

I studien ble pasienter med Parkinsons sykdom implantert med DBS-enheter som ikke bare stimulerte hjernen, men også registrerte nevral aktivitet mens de gikk. Under klinikkbesøk ble DBS-parametrene variert innenfor trygge områder for å studere effekten av dem på gangfunksjonen. Som respons på hvert sett med innstillinger gikk pasientene en lukket krets på omtrent seks meter mens nevrale data og gangkinematikk ble kontinuerlig registrert.

Forskerne utviklet Walking Performance Index (WPI), som vurderte gangartmålinger som skrittlengde, skritthastighet, armsvingamplitude og gangartkoherens. Ved å kombinere disse målene ga WPI en omfattende gangevurdering som dekker flere dimensjoner av motorisk funksjon påvirket av Parkinsons sykdom.

«Resultatene våre bekreftet at endringer i DBS-innstillingene ble effektivt fanget opp av WPI og var i samsvar med pasient- og klinikervurderinger ved hvert besøk», sa Azgomi. «Denne valideringen bekrefter at WPI er en effektiv målestokk for å vurdere og målrette gangforbedring hos personer med Parkinsons sykdom. Ved å bruke disse metodene var vi i stand til å forutsi og identifisere personlige DBS-innstillinger som forbedret WPI.»

Forskerne identifiserte også mønstre av hjerneaktivitet assosiert med forbedret gange. Ved hjelp av multivariate modeller identifiserte forfatterne unike nevrale dynamikker som skiller optimal gange fra mindre effektive mønstre. Forbedret gange var assosiert med redusert beta-bånd hjernebølgeaktivitet i spesifikke faser av gangsyklusen i globus pallidus, en hjerneregion assosiert med muskeltap hos personer med Parkinsons sykdom.

Disse dataene, sammen med de identifiserte individuelle nevrale biomarkørene, fremhever viktigheten av personlige, datadrevne tiltak for å forbedre gangen hos personer med Parkinsons sykdom.

«Dette arbeidet fordyper ikke bare vår forståelse av hvordan DBS påvirker bevegelse, men demonstrerer også potensialet for personlig nevromodulering for Parkinsons sykdom og andre nevrologiske lidelser, noe som bringer oss nærmere smartere og mer effektive terapier», sa seniorforfatter av studien Doris Wang, MD, PhD, nevrokirurg og førsteamanuensis i nevrokirurgi ved UCSF.