Questo metodo è stato sviluppato utilizzando il finanziamento del Wellcome Trust, Medical Research Council, National Institute for Health Research di Oxford Centro di Ricerca Biomedica e Rosetrees Trust. L&#39;Unità UCL di Neurochirurgia Funzionale è supportata dal ricorso del Regno Unito di Parkinson e il Monumento Trust.

1. Consenso e biomarcatori Identificazione Questo protocollo è stato esaminato e approvato dal National Research Ethics Servizio Comitato South Central - Oxford A. <ol><li> Identificare i soggetti idonei per lo studio: i soggetti sono quelli che sono clinicamente identificato come adatto per la stimolazione cerebrale profonda (malattia clinicamente refrattaria di Parkinson). Nota: Eseguire esperimento dopo l&#39;impianto degli elettrodi (giorno 1) e prima del posizionamento della batteria / stimolatore (giorno 7), mentre i cavi sono esternalizzati. </li><li> Consenso del paziente per il test di stimolazione e il pernottamento ritiro parkinsoniana farmaco. </li><li> Dopo 12 ore il ritiro di farmaci parkinsoniano, collegare gli elettrodi DBS esternalizzati a caso amplificatore (amplificatore deve essere progettato, testato la sicurezza e convalidato per l&#39;uso neurofisiologico intracranica nell&#39;uomo) 16. </li><li> Record potenziale campo locale (LFP) a riposo da tutti i contatti BILaterally (L &amp; R 0-3 0-3). </li><li> Creare montaggi bipolari (0,2 e 1,3) per sottrazione di registrazioni da contatti adiacenti. </li><li> Effettuare analisi spettrale di potenza per individuare specifico paziente frequenza beta picco e coppia di contatti bipolare con la massima ampiezza beta per il test di stimolazione. Nota: la maggioranza dei pazienti parkinsoniani fuori il farmaco ha un picco beta 2. Se nessun picco beta è distinguibile fuori dal farmaco, il paziente deve essere esclusa da ulteriori analisi in quanto puo &#39;rappresentare DBS complicazioni di targeting. </li><li> Selezionare il contatto per la stimolazione monopolare che viene colmato da coppia di contatti bipolare (0,2 o 1,3) con la massima ampiezza beta. </li></ol> 2. Collegamento del paziente al programma di installazione ADBS <ol><li> Collegare l&#39;elettrodo DBS per l&#39;amplificatore analogico e filtro. Nota: filtro passa banda tra 3-37 Hz con x 9.100 guadagno. </li><li> Collegare riferimento a paziente. Nota: il riferimento dovrebbe essere 5 centimetri x 5 cm neurostimolatore elettrodi gel pad collegati da una standard 2 millimetri Cavo elettrodo monopolare. Posizionare l&#39;elettrodo sopra la clavicola sinistra. </li><li> Collegare amplificatore analogico al convertitore A / D e running computer portatile software di analisi del segnale. Seconda tappa digitalmente filtrare il segnale intorno al picco beta specifico paziente con una banda passante 4 Hz. Controllo beta ampiezza e utilizzare questo per controllare stimolazione con una soglia pre-impostata. Smooth ampiezza beta con una finestra di smoothing (400 msec era euristicamente efficace in questa configurazione.) </li><li> Collegare D / A grilletto per stimolatore. </li><li> Collegare stimolatore al paziente attraverso l&#39;amplificatore. Nota: Per motivi di sicurezza, assicurarsi densità di carica sono limitati a &lt;30 μQ / cm 2 e stimolatore ha ingresso lineare - la funzione di uscita. Otticamente isolare tutte le connessioni al paziente. Stimolatore deve essere progettato e testato con EN60601-1 standard di sicurezza medica come riferimento. </li></ol> 3. Prove di convenzionale Stimolazione Continua <ol><li> Accendere convenzionale stimolazione ad alta frequenzazione, ma inizialmente a tensione zero (100 msec, 130 Hz, 0 V). Applicare la stimolazione monopolare a contatto colmato dalla coppia di contatti bipolare con la massima ampiezza beta. Controllo stimolatore lettura continuamente durante esperimento per garantire che la stimolazione erogata è come previsto. </li><li> Lentamente aumentare la tensione di stimolazione di 0,5 V con incrementi ogni pochi minuti, cercando di soglia effetto clinico. Stabilire tensione stimolazione clinicamente utile (generalmente 1,5-3,0 V) accompagnata da effetti collaterali minimi o nessun quali parestesia. </li></ol> 4. Test di soglia con accensione / spegnimento e Trigger Impostazione <ol><li> Con la stimolazione alla tensione clinicamente efficace, spegnere lo stimolatore off con 250 msec decelerazione. </li><li> Con la stimolazione alla tensione clinicamente efficace, attivare la stimolatore con 250 msec dilagare. </li><li> Richiedi informazioni parestesia e tutti gli altri possibili effetti collaterali sperimentato dopo il passaggio stimolazione on e off. &lt;/ Li&gt; <li> Se sono presenti effetti collaterali, ridurre la tensione di 0,25 V e ripetere i passaggi 4,1-4,3 fino sotto parestesie su on / off soglia di commutazione. </li><li> Per titolazione trovare la soglia per parestesie con commutazione on / off nuovamente e regola la tensione appena sotto (0,1 V) tale soglia per ulteriori test. Se questo è clinicamente inefficace quindi provare altri contatti (scegliere il contatto 1 o 2). Nota: stimolatore accensione e lo spegnimento possono anche in alcuni pazienti provocare un manufatto picco, forse in relazione alla capacitanza carica all&#39;interfaccia elettrodo tessuto. Poiché il segnale era passa-banda filtrato nella banda beta, prima di impostare un livello di trigger, questo manufatto è stato notevolmente attenuato. Tuttavia, in alcuni casi questo artefatto è stato sufficiente a provocare l&#39;auto-attivazione. Per far fronte a questo in questi casi, abbiamo ridotto la tensione di stimolazione, e aumentato la soglia di trigger per sfuggire auto-innesco. Un altro modo che questo possa essere affrontato in futuro, se necessario, è attraverso l&#39;incorporazione diun lock out periodo dopo ogni insorgenza di trigger per evitare l&#39;auto-attivazione. </li><li> Accendere la stimolazione a tensione appena sotto la commutazione on / off soglia parestesia sopra determinato. </li><li> Aumentare beta soglia di intervento ampiezza a un livello che determina il tempo minimo sulla stimolazione mantenendo effetto clinico. Obiettivo per riduzione di almeno il 50% in time di stimolazione. </li><li> Spegnere la stimolazione e lasciare il paziente senza stimolazione (segue impostare e tra i blocchi di prova) per 10 minuti per dilavamento effetto di stimolazione. </li></ol> 5. Prove di pazienti in diversi condizioni di stimolazione <ol><li> Garantire accecamento dei pazienti per testare le condizioni (adaptive DBS, convenzionale e fuori). </li><li> Applicare ogni condizione di test per un minimo di un periodo di stabilizzazione 5 min con la condizione di funzionamento prima dell&#39;inizio test clinici. Test elev stato di ordine tra i soggetti. Fissare la tensione, la durata e la frequenza di stimolazione identificazionemente nelle condizioni di test in modo che l&#39;unica differenza riguarda i tempi di stimolazione per quanto riguarda la beta ampiezza. </li><li> Ad un punto fisso predeterminato dopo l&#39;inizio della stimolazione (ad esempio, come minimo 300 sec), valutare il paziente clinicamente per effetto attraverso la scala di valutazione UPDRS. </li><li> Valutazione di registrare video e poi tasso cieco da parte di esperti indipendenti in linea (escluse le rigidità.) </li><li> Effettuare la valutazione clinica con misure oggettive (accelerometria o actigrafia). </li></ol>

<ol>
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LZ, MH: consulenza, supporto viaggi, spese di lingua, Medtronic, St Jude. TF: consulenza, AbbVie Pharmaceuticals, St Jude, Medtronic; PL: consulenze, commissioni di lingua, Medtronic, St Jude. PB: consulenza, Medtronic, Sapiens.

Questo articolo descrive un nuovo metodo per lo studio e la convalida di stimolazione cerebrale profonda adattiva in pazienti post-operatorie. DBS è parte del trattamento standard per PD, tremore essenziale e distonia e viene introdotto e testato in una serie di altre condizioni tra cui cefalea a grappolo, epilessia, sindrome di Gilles de la Tourette, disturbo ossessivo compulsivo e depressione. Allo stato attuale, tutti i paradigmi di stimolazione clinici impiegano, stimolazione open-loop continuo e anche se queste semplici paradigmi di stimolazione sono spesso efficaci, si spera che possano essere significativamente migliorati rendendoli sensibili alle malattie biomarcatori adeguati e ottimizzando in tal modo la stimolazione in modo informato, paziente modo specifico. Il metodo, qui delineato, consente di testare ADBS in pazienti esternalizzate dopo il primo intervento chirurgico (elettrodo impianto), prima della internalizzazione e l&#39;impianto della batteria e stimolatore. Utilizzando questo metodo, si spera cipertanto che i ricercatori possono studiare l&#39;efficacia di ADBS utilizzando una serie di marcatori in tutto lo spettro di disturbi per i quali viene utilizzato DBS. Questo può quindi portare a sperimentazioni in ambito clinico cronicamente impiantati. Il protocollo che abbiamo usato e trovato per avere successo è delineato sopra. Abbiamo discernimento una serie di passaggi critici per la messa a punto del processo al fine di ottenere ADBS successo. I parametri che possono essere controllati in questa semplice configurazione ADBS includono tensione, soglia di intervento, contatto stimolazione e la durata rampa. Questi devono tutti essere bilanciati contro gli effetti collaterali della stimolazione accensione e spegnimento (parestesie), problemi tecnici (ricorrente &#39;sé&#39; innesco) e l&#39;efficacia clinica. Accensione stimolazione su e provoca fuori un artefatto dipende tensione nella LFP che, nonostante il filtraggio, può potenzialmente infiltrarsi nella gamma di frequenza di interesse. Se questo è grave, può impedire al sistema di auto-innesco anche in assenza di unelevazione nel segnale biomarcatore,-qui Attività beta nel potenziale campo locale. Questo non rappresenta un problema di sicurezza come risulta efficace nel ADBS essere su tutto il tempo e quindi imitando CDBS che è noto per essere sicuri. Tuttavia, si traduce in una mancanza di reattività beta ampiezza e la perdita quindi di qualsiasi potenziale beneficio di ADBS sopra CDBS. Abbiamo trovato che, se necessario, di auto-innesco potrebbe essere evitato riducendo la tensione di stimolazione, aumentare la soglia o la modifica del contatto stimolazione. La rampa 250 msec di stimolazione e spegnimento è risultato essere compromesso soddisfacente per quanto riguarda la prevenzione parestesie mantenendo la reattività di ADBS. Attualmente parametri devono essere adattati euristicamente per ottenere il profilo di risposta migliore nei singoli pazienti e non abbiamo ancora identificato norme coerenti applicabili a livello di gruppo per raggiungere questo affidabile. Tuttavia, in tutti i pazienti studiati finora, abbiamo trovatoche la regolazione della tensione euristico, soglia di intervento e contattare stimolazione abilitato efficace ADBS, e parametri ottimali sono stati identificati in meno di 30 min. Si spera che la gestione degli effetti collaterali (parestesie di commutazione on / off) e la contaminazione artefatto (possibilmente correlati al tessuto-elettrodo di capacità) può essere ulteriormente studiata e meglio compresa di derivare regole più generali riguardanti il ​​loro minimizzazione. Lo spazio potenziale parametro per l&#39;esplorazione diventerà anche più grande e più complicata la complessità dei biomarcatori e algoritmi di stimolazione crescono. Ad esempio, rapporti di potenza ad alta frequenza, giunto ampiezza e fase beta variabilità hanno tutti dimostrato di relazionarsi stato parkinsoniano 9,10,12,17. Il metodo descritto in questo documento deve consentire l&#39;analisi sistematica di tali parametri e il loro effetto sulla efficacia clinica di stimolazione in aggiunta al loro profilo di effetti collaterali. Tuttavia, il thorough ottimizzazione di tutti i parametri in futuro rischia di essere facilitato una volta i modelli DBS e le routine di ottimizzazione algoritmici che si concentrano sulla risposta del biomarcatore, piuttosto che gli effetti clinici consentono la limitazione del parametro varia da cercare empiricamente. Questo metodo ha dimostrato migliorato il consumo di energia e l&#39;efficacia clinica rispetto al DBS convenzionale e ha il potenziale per essere ulteriormente migliorata in PD con l&#39;avanzamento nella nostra comprensione riguardo biomarcatori e la stimolazione patterning. In altre condizioni in cui viene utilizzato DBS, tanto meno è noto per quanto riguarda fisiopatologia sottostante e quindi biomarcatori corrispondenti sono ancora da stabilire in modo completo. Significativo ulteriori ricerche sono necessarie per sfruttare appieno il potenziale di AOD nel parkinsonismo, e di esplorare la fattibilità in un certo numero di altri potenziali condizioni neurologiche e neuropsichiatriche in cui severità e svalutazioni costanti nel tempo.

Il morbo di Parkinson è una comune gravemente invalidante disturbo del movimento degenerativa per la quale il trattamento medico a lungo termine è insoddisfacente 1. DBS è efficace per advanced PD medicamente refrattaria, ma è limitata in termini di efficacia, effetti collaterali e costano 2. Stimolazione convenzionale è impostato euristico da uno specialista di disturbi del movimento e lasciato correre continuamente senza cambiare fino alla prossima visita clinica. Parametri di stimolazione tipici sono di 60 msec larghezza di impulso, di intensità 3 V, e 130 Hz ripetizione. Tuttavia, questa stimolazione ad alta tensione continua può interferire con il normale funzionamento del motore 3. Proprio come la stimolazione cardiaca è passata con successo da sistemi a ciclo aperto semplici sistemi a ciclo chiuso reattivi complessi, con un miglioramento associato nel risultato, si spera che la DBS può allo stesso modo essere migliorato, rendendolo sensibile ai ritmi cerebrali sottostanti - adaptive DBS (AOD) 4 , 5. In order realizzare ADBS, è innanzitutto fondamentale per identificare i biomarcatori affidabili della malattia. La malattia di Parkinson è caratterizzata da beta prominente (13-33 Hz) oscillazioni registrate in tutto il circuito dei gangli della base 2. Queste oscillazioni beta sono soppressi da levodopa e DBS in proporzione miglioramento dello stato clinico 6,7. Sono stabile e robusto a lungo termine e possono essere registrati dagli stessi elettrodi utilizzati per DBS clinica rendendoli bersagli interessanti per biomarker 8. Oltre ai beta oscillazioni, una serie di altri, più complessi, potenziali biomarker sono stati identificati che hanno dimostrato di riguardare gravità dei sintomi 2,9-12. La prova del principio di ADBS ora è stato dimostrato in un non - modello primate umano PD 13. Questo usato un singolo motoneurone corticale per controllare stimolazione con cottura del neurone innescando stimolazione DBS dopo un ritardo fisso. Lo studio ha riportato che si adattanostimolazione ive era più efficace di DBS convenzionale. Studi recenti hanno poi estesa con successo ADBS per gli esseri umani, il metodo per il quale viene presentato in questo articolo JoVE 14. Questo studio ha esaminato i pazienti con PD nel periodo post-operatorio immediato prima di internalizzazione dei loro fili e la connessione al loro batteria / stimolatore. Oscillazioni beta sono stati monitorati in tempo reale in linea e usati per controllare i tempi di stimolazione ad alta frequenza. Ciò ha portato ad una riduzione&gt; 50% nel consumo di energia e un miglioramento del 25% in caso di insufficienza del motore rispetto alla stimolazione standard. Questi risultati dovranno essere replicato in stato cronicamente impiantati in cui soglie e parametri di stimolazione efficaci possono cambiare così come i livelli di droga. Come tale, biomarcatori e algoritmi di controllo può essere necessario modificare e abbinati di conseguenza e in effetti potrebbero richiedere ulteriori complessità di adattarsi a questo parametro diverso paesaggio. I dispositivi che sono dotati di più lungo termine stimulation e la registrazione sono attualmente in fase di sviluppo e trialed in un ambiente di ricerca 15. Intanto c&#39;è la necessità di una piattaforma che permetterà ai possibili benefici di adaptive DBS e gli algoritmi che sono alla base le sue prestazioni siano ulteriormente valutati e raffinato. Questo è un passo importante, come errori e approcci sub-ottimali sono più difficili per invertire una volta che i sistemi sono internalizzati per l&#39;uso cronico. Inoltre, gli studi acuti sono necessari per motivare gli sforzi per superare le sfide implicite nello sviluppo del sistema cronica interiorizzata adattivo DBS. L&#39;obiettivo di questa relazione metodi è quello di consentire ai ricercatori di esplorare una gamma di diversi biomarcatori e paradigmi di stimolazione in pazienti DBS e per ottimizzare i parametri in modo da massimizzare l&#39;efficacia e minimizzare gli effetti collaterali / consumo di energia. E &#39;il primo metodo di questo tipo per essere efficace in pazienti con parkinsonismo e tuttavia è relativamente semplice e di facile applicazione. Il metodo è progettato to indagare su qualsiasi paziente DBS, per i quali vi è un biomarcatore LFP conosciuto e che ha un periodo di esternalizzazione post-operatoria (periodo fino a 1 settimana, quando i fili elettrodi sono extra-cranica ed è disponibile per la sperimentazione prima di inserire la batteria / stimolatore).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">StimRecord Amplifier (3-37 Hz)</td>
			<td style="width:71px;">In house</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td style="width:167px;">Common mode rejection, 3-37Hz (bandpass), x9500 amplifier. See - Eusebio, A et al. Deep brain stimulation can suppress pathological synchronisation in parkinsonian patients. JNNP (5), 569&#8211;573 (2011)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">1401 Digital acquisition unit</td>
			<td style="width:71px;">CED</td>
			<td style="width:119px;">Micro 1401-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Spike 2 software</td>
			<td style="width:71px;">CED</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Stimulator</td>
			<td style="width:71px;">In house</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>Biphase, variable, ramped stimulator. See - Little et al. Adaptive deep brain stimulation in advanced Parkinson&#39;s disease. Annals of Neurology 2013.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Gel electrode reference pad</td>
			<td style="width:71px;">Axelgaard</td>
			<td style="width:119px;">895220</td>
			<td>5x5 cm PALS platinum gel electrode pad</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

controlling parkinson's disease with adaptive deep brain stimulation

Adaptive stimolazione cerebrale profonda (AOD) ha il potenziale per migliorare il trattamento del morbo di Parkinson, ottimizzando la stimolazione in tempo reale in base alle fluttuazioni malattie e farmaci di Stato. Nella presente realizzazione di adaptive DBS registriamo e stimoliamo dagli elettrodi impiantati DBS nel nucleo subtalamico dei pazienti con malattia di Parkinson nel periodo post-operatorio precoce. Potenziali di campo locali sono analogici filtrati tra 3 e 47 Hz prima di essere passati a una unità di acquisizione dati in cui vengono filtrati digitalmente di nuovo intorno al picco beta specifico paziente, rettificate e levigate a dare una lettura in linea dell&#39;ampiezza beta. Una soglia per beta ampiezza è impostata euristicamente, che, se attraversato, passa un segnale di attivazione allo stimolatore. Lo stimolatore poi rampe stimolo per un pre-determinata tensione clinicamente efficace oltre 250 msec e continua a stimolare fino a quando l&#39;ampiezza beta scende nuovamente al di sotto della soglia.La stimolazione continua in questo modo, con brevi episodi di rampa DBS durante i periodi di potere beta accresciuta. L&#39;efficacia clinica è valutata dopo un periodo minimo di stabilizzazione (5 min) attraverso la valutazione di video cieco e cieco della funzione motoria utilizzando una selezione di calcio di Unified Parkinson Rating Scale (UPDRS). Studi recenti hanno dimostrato una riduzione del consumo di potenza con ADBS nonché un miglioramento nei punteggi clinici rispetto alla DBS convenzionale. ADBS cronici potrebbero ora essere trialed in parkinsonismo.

I risultati con questo metodo sono stati recentemente pubblicati che utilizza questo protocollo per la beta di ampiezza (Figura 1) 14. Questo studio ha mostrato che la stimolazione clinicamente efficace può essere ottenuto nonostante una riduzione&gt; 50% nel tempo sulla stimolazione (p &lt;0.001). E &#39;stato anche osservato che il tempo sulla stimolazione tendeva a scendere progressivamente, nonostante una soglia di trigger costante (2-code, test t 1-campione, t 7 = 3.2, p = 0,01). Punteggi motori sono stati migliorati del 66% e del 50% nel corso ADBS nelle condizioni unblinded e accecati, rispettivamente. Nonostante la ridotta quantità di stimolazione totale - risultato clinico è stata del 29% (p = 0,03) e 27% (p = 0,005) migliore nel gruppo ADBS rispetto al gruppo DBS convenzionale (unblinded e accecato rispettivamente, Figura 2). <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51403/51403fig1highres.jpg"src = &quot;/ files/ftp_upload/51403/51403fig1.jpg&quot; /&gt; Impostazione Figura 1. Impostazione sperimentale. Sperimentale per adaptive stimolazione cerebrale profonda nei soggetti esternalizzate. Bipolare potenziale campo locale (LFP) viene fatto passare attraverso un amplificatore StimRecord su misura che filtra (3-37 Hz) e amplifica (x9, 100). L&#39;uscita analogica (A) viene passato ad una unità di acquisizione dati, che converte in un segnale digitale (D) che viene visualizzato su un computer portatile. Il segnale è filtrato digitalmente intorno al picco beta in tempo reale e convertito in beta ampiezza raddrizzando e levigante. Una soglia è fissata che attiva la stimolazione in un montaggio monopolare tra i due elettrodi di registrazione bipolari quando il potere beta varca la soglia. La stimolazione termina quando il potere beta scende nuovamente sotto la soglia. (Ristampato con il permesso di Annals of Neurology.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51403/51403fig1highres.jpg" target="_blank">Cliccare qui per visualizzare un lar</a>versione ger di questa figura. <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51403/51403fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51403/51403fig2.jpg" /> Figura 2. Miglioramenti clinici. Media ± SEM variazione% nei punteggi UPDRS hemibody (articoli 20, 22, e 23) con diverse condizioni di stimolazione, valutato in cieco durante le sessioni sperimentali (A) o da registrazioni video da parte di esperti in cieco (B). Asterischi indicano differenze significative seguenti correzione per confronti multipli mediante la procedura di tasso di scoperta false. Tutti i cambiamenti sono stati significativi da parte dello Stato non stimolato, con l&#39;eccezione del punteggio accecato per la stimolazione casuale (Ristampato con il permesso di Annals of Neurology.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51403/51403fig2highres.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande</a>di questa figura.

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Controlling Parkinson&#039;s Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation

Adaptive stimolazione cerebrale profonda (AOD) è efficace per la malattia di Parkinson, migliorare i sintomi e ridurre il consumo di energia rispetto ai tradizionali stimolazione cerebrale profonda (CDB). In ADBS seguiamo un potenziale biomarcatore campo locale (ampiezza beta oscillatoria) in tempo reale e usiamo questo per controllare la temporizzazione della stimolazione.

Controllo della Malattia di Parkinson con Adaptive stimolazione cerebrale profonda

Adaptive deep brain stimulation (aDBS) has the potential to improve the treatment of Parkinson&#39;s disease by optimizing stimulation in real time ...

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Controlling Parkinson's Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation

22.0K Views.  University of Oxford.  Adaptive stimolazione cerebrale profonda (AOD) è efficace per la malattia di Parkinson, migliorare i sintomi e ridurre il consumo di energia rispetto ai tradizionali stimolazione cerebrale profonda (CDB). In ADBS seguiamo un potenziale biomarcatore campo locale (ampiezza beta oscillatoria) in tempo reale e usiamo questo per controllare la temporizzazione della stimolazione. 

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Intra-Operative Behavioral Tasks in Awake Humans Undergoing Deep Brain Stimulation Surgery

Deep brain stimulation (DBS) is a surgical procedure that directs chronic, high frequency electrical stimulation to specific targets in the brain through implanted electrodes. Deep brain stimulation was first implemented as a therapeutic modality by Benabid et al. in the late 1980s, when he used this technique to stimulate the ventral intermediate nucleus of the thalamus for the treatment of tremor 1. Currently, the procedure is used to treat patients who fail to respond adequately to medical management for diseases such as Parkinson's, dystonia, and essential tremor. The efficacy of this procedure for the treatment of Parkinson's disease has been demonstrated in well-powered, randomized controlled trials 2. Presently, the U.S. Food and Drug Administration has approved DBS as a treatment for patients with medically refractory essential tremor, Parkinson's disease, and dystonia. Additionally, DBS is currently being evaluated for the treatment of other psychiatric and neurological disorders, such as obsessive compulsive disorder, major depressive disorder, and epilepsy. 
DBS has not only been shown to help people by improving their quality of life, it also provides researchers with the unique opportunity to study and understand the human brain. Microelectrode recordings are routinely performed during DBS surgery in order to enhance the precision of anatomical targeting. Firing patterns of individual neurons can therefore be recorded while the subject performs a behavioral task. Early studies using these data focused on descriptive aspects, including firing and burst rates, and frequency modulation 3. More recent studies have focused on cognitive aspects of behavior in relation to neuronal activity 4,5. This article will provide a description of the intra-operative methods used to perform behavioral tasks and record neuronal data with awake patients during DBS cases. Our exposition of the process of acquiring electrophysiological data will illuminate the current scope and limitations of intra-operative human experiments.

Deep brain stimulation surgery offers a unique opportunity to examine information encoding in the awake human brain. This article will describe intra-operative methods used to perform cognitive and behavioral tasks while simultaneously acquiring physiological data such as EMG, single-unit neuronal activity and/or local field potentials.

Compiti del comportamento Intra-Operative negli esseri umani sottoposti a profonda Awake Surgery Brain Stimulation

Deep brain stimulation (DBS) is a surgical procedure that directs chronic, high frequency electrical stimulation to specific targets in the brain through ...

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Development of a Unilaterally-lesioned 6-OHDA Mouse Model of Parkinson's Disease

The unilaterally lesioned 6-hyroxydopamine (6-OHDA)-lesioned rat model of Parkinson's disease (PD) has proved to be invaluable in advancing our understanding of the mechanisms underlying parkinsonian symptoms, since it recapitulates the changes in basal ganglia circuitry and pharmacology observed in parkinsonian patients1-4. However, the precise cellular and molecular changes occurring at cortico-striatal synapses of the output pathways within the striatum, which is the major input region of the basal ganglia remain elusive, and this is believed to be site where pathological abnormalities underlying parkinsonian symptoms arise3,5.
In PD, understanding the mechanisms underlying changes in basal ganglia circuitry following degeneration of the nigro-striatal pathway has been greatly advanced by the development of bacterial artificial chromosome (BAC) mice over-expressing green fluorescent proteins driven by promoters specific for the two striatal output pathways (direct pathway: eGFP-D1; indirect pathway: eGFP-D2 and eGFP-A2a)8, allowing them to be studied in isolation. For example, recent studies have suggested that there are pathological changes in synaptic plasticity in parkinsonian mice9,10. However, these studies utilised juvenile mice and acute models of parkinsonism. It is unclear whether the changes described in adult rats with stable 6-OHDA lesions also occur in these models. Other groups have attempted to generate a stable unilaterally-lesioned 6-OHDA adult mouse model of PD by lesioning the medial forebrain bundle (MFB), unfortunately, the mortality rate in this study was extremely high, with only 14% surviving the surgery for 21 days or longer11. More recent studies have generated intra-nigral lesions with both a low mortality rate &gt;80% loss of dopaminergic neurons, however expression of L-DOPA induced dyskinesia11,12,13,14 was variable in these studies. Another well established mouse model of PD is the MPTP-lesioned mouse15. Whilst this model has proven useful in the assessment of potential neuroprotective agents16, it is less suitable for understanding mechanisms underlying symptoms of PD, as this model often fails to induce motor deficits, and shows a wide variability in the extent of lesion17, 18.
Here we have developed a stable unilateral 6-OHDA-lesioned mouse model of PD by direct administration of 6-OHDA into the MFB, which consistently causes &gt;95% loss of striatal dopamine (as measured by HPLC), as well as producing the behavioural imbalances observed in the well characterised unilateral 6-OHDA-lesioned rat model of PD. This newly developed mouse model of PD will prove a valuable tool in understanding the mechanisms underlying generation of parkinsonian symptoms.

Development of a Unilaterally-lesioned 6-OHDA Mouse Model of Parkinson&#039;s Disease

A protocol for performing unilateral 6-OHDA lesions of the medial forebrain bundle in mice is described. This method has a low mortality rate (13.3 %) with 89% of the surviving animals showing &#62;95% loss of striatal dopamine and 90.63&#177;-4.02 % ipsiversive rotational bias towards the side of the lesion.

Sviluppo di un unilateralmente lesionata 6-OHDA modello murino della malattia di Parkinson

The unilaterally lesioned 6-hyroxydopamine (6-OHDA)-lesioned rat model of Parkinson's disease (PD) has proved to be invaluable in advancing our ...

MALDI Imaging Mass Spectrometry of Neuropeptides in Parkinson's Disease

MALDI imaging mass spectrometry (IMS) is a powerful approach that facilitates the spatial analysis of molecular species in biological tissue samples2 (Fig.1). A 12 &mu;m thin tissue section is covered with a MALDI matrix, which facilitates desorption and ionization of intact peptides and proteins that can be detected with a mass analyzer, typically using a MALDI TOF/TOF mass spectrometer. Generally hundreds of peaks can be assessed in a single rat brain tissue section. In contrast to commonly used imaging techniques, this approach does not require prior knowledge of the molecules of interest and allows for unsupervised and comprehensive analysis of multiple molecular species while maintaining high molecular specificity and sensitivity2. Here we describe a MALDI IMS based approach for elucidating region-specific distribution profiles of neuropeptides in the rat brain of an animal model Parkinson's disease (PD). 
PD is a common neurodegenerative disease with a prevalence of 1% for people over 65 of age3,4. The most common symptomatic treatment is based on dopamine replacement using L-DOPA5. However this is accompanied by severe side effects including involuntary abnormal movements, termed L-DOPA-induced dyskinesias (LID)1,3,6. One of the most prominent molecular change in LID is an upregulation of the opioid precursor prodynorphin mRNA7. The dynorphin peptides modulate neurotransmission in brain areas that are essentially involved in movement control7,8. However, to date the exact opioid peptides that originate from processing of the neuropeptide precursor have not been characterized. Therefore, we utilized MALDI IMS in an animal model of experimental Parkinson's disease and L-DOPA induced dyskinesia. 
MALDI imaging mass spectrometry proved to be particularly advantageous with respect to neuropeptide characterization, since commonly used antibody based approaches targets known peptide sequences and previously observed post-translational modifications. By contrast MALDI IMS can unravel novel peptide processing products and thus reveal new molecular mechanisms of neuropeptide modulation of neuronal transmission. While the absolute amount of neuropeptides cannot be determined by MALDI IMS, the relative abundance of peptide ions can be delineated from the mass spectra, giving insights about changing levels in health and disease. In the examples presented here, the peak intensities of dynorphin B, alpha-neoendorphin and substance P were found to be significantly increased in the dorsolateral, but not the dorsomedial, striatum of animals with severe dyskinesia involving facial, trunk and orolingual muscles (Fig. 5). Furthermore, MALDI IMS revealed a correlation between dyskinesia severity and levels of des-tyrosine alpha-neoendorphin, representing a previously unknown mechanism of functional inactivation of dynorphins in the striatum as the removal of N-terminal tyrosine reduces the dynorphin's opioid-receptor binding capacity9. This is the first study on neuropeptide characterization in LID using MALDI IMS and the results highlight the potential of the technique for application in all fields of biomedical research.

MALDI Imaging Mass Spectrometry of Neuropeptides in Parkinson&#039;s Disease

Dopamine replacement pharmacotherapy using L-DOPA is the most commonly used symptomatic treatment of Parkinson&#x2019;s disease, but is accompanied by side effects including involuntary abnormal movements, termed dyskinesia 1. Here, a protocol for MALDI imaging mass spectrometry is presented that detects changes in rat brain neuropeptide levels related to dyskinesia.

MALDI Imaging Mass Spectrometry dei neuropeptidi nella malattia di Parkinson

MALDI imaging mass spectrometry (IMS) is a powerful approach that facilitates the spatial analysis of molecular species in biological tissue samples2 ...

Skin Punch Biopsy Explant Culture for Derivation of Primary Human Fibroblasts

Tissues and cell lines derived from an individual with disease are ideal sources to study disease-related cellular phenotypes. Patient-derived fibroblasts in this protocol have been successfully used in the derivation of induced pluripotent stem cells to model disease1. Early passages of these fibroblasts can also be used for cell-based functional assays to study specific disease pathways, mechanisms2 and subsequent drug screening approaches. The advantage of the presented protocol over enzymatic procedures are 1) the reproducibility of the technique from small amounts of tissue derived from older patients, e.g. patients affected with Parkinson's disease, 2) the technically simple approach over more challenging methodologies using enzymatic treatments, and 3) the time consideration: this protocol takes 15-20 min and can be performed immediately after biopsy arrival. Enzymatic treatments can take up to 4 hr and have the problems of overdigestion, reduction of cell viability and subsequent attachment of cells when not handled properly. This protocol describes the dissection and preparation of a 4-mm human skin biopsy for derivation of a fibroblast culture and has a very high success rate which is important when dealing with patient-derived tissue samples. In this culture, keratinocytes migrate out of the biopsy tissue within the first week after preparation. Fibroblasts appear 7-10 days after the first outgrowth of keratinocytes. DMEM high glucose media supplemented with 20% FBS favors the growth of fibroblasts over keratinocytes and fibroblasts will overgrow the keratinocytes. After 2 passages keratinocytes have been diluted out resulting in relatively homogenous fibroblast cultures which expresses the fibroblast marker SERPINH1 (HSP-47). Using this approach, 15-20 million fibroblasts can be derived in 4-8 weeks for cell banking. The skin dissection takes about 15-20 min, cells are then monitored once a day under the microscope, and media is changed every 2-3 days after attachment and outgrowth of cells.

The fibroblast explant culture protocol from human skin punch biopsies is a technically robust and simple way to derive skin cells within 4-8 weeks for banking of about 15-20 million cells at a low passage number.

Pelle Punch Biopsia Espianto Cultura per la derivazione di fibroblasti umani primari

Tissues and cell lines derived from an individual with disease are ideal sources to study disease-related cellular phenotypes. Patient-derived fibroblasts ...

Isolation of Soluble and Insoluble PrP Oligomers in the Normal Human Brain

The central event in the pathogenesis of prion diseases involves a conversion of the host-encoded cellular prion protein PrPC into its pathogenic isoform PrPSc 1. PrPC is detergent-soluble and sensitive to proteinase K (PK)-digestion, whereas PrPSc forms detergent-insoluble aggregates and is partially resistant to PK2-6. The conversion of PrPC to PrPSc is known to involve a conformational transition of &alpha;-helical to &beta;-sheet structures of the protein. However, the in vivo pathway is still poorly understood. A tentative endogenous PrPSc, intermediate PrP* or "silent prion", has yet to be identified in the uninfected brain7.
Using a combination of biophysical and biochemical approaches, we identified insoluble PrPC aggregates (designated iPrPC) from uninfected mammalian brains and cultured neuronal cells8, 9. Here, we describe detailed procedures of these methods, including ultracentrifugation in detergent buffer, sucrose step gradient sedimentation, size exclusion chromatography, iPrP enrichment by gene 5 protein (g5p) that specifically bind to structurally altered PrP forms10, and PK-treatment. The combination of these approaches isolates not only insoluble PrPSc and PrPC aggregates but also soluble PrPC oligomers from the normal human brain. Since the protocols described here have been used to isolate both PrPSc from infected brains and iPrPC from uninfected brains, they provide us with an opportunity to compare differences in physicochemical features, neurotoxicity, and infectivity between the two isoforms. Such a study will greatly improve our understanding of the infectious proteinaceous pathogens. The physiology and pathophysiology of iPrPC are unclear at present. Notably, in a newly-identified human prion disease termed variably protease-sensitive prionopathy, we found a new PrPSc that shares the immunoreactive behavior and fragmentation with iPrPC 11, 12. Moreover, we recently demonstrated that iPrPC is the main species that interacts with amyloid-&beta; protein in Alzheimer disease13. In the same study, these methods were used to isolate Abeta aggregates and oligomers in Alzheimer's disease13, suggesting their application to non-prion protein aggregates involved in other neurodegenerative disorders.

A new species of cellular prion protein (PrPC) has recently been identified in uninfected human brains using the methods described here. These methods can be used to isolate various PrP species, while some of them are also useful in isolating other misfolded protein aggregates from human brains.

Isolamento di oligomeri PrP solubili e insolubili nel cervello umano normale

The central event in the pathogenesis of prion diseases involves a conversion of the host-encoded cellular prion protein PrPC into its pathogenic isoform ...

The Use of Primary Human Fibroblasts for Monitoring Mitochondrial Phenotypes in the Field of Parkinson's Disease

Parkinson's disease (PD) is the second most common movement disorder and affects 1% of people over the age of 60 1. Because ageing is the most important risk factor, cases of PD will increase during the next decades 2. Next to pathological protein folding and impaired protein degradation pathways, alterations of mitochondrial function and morphology were pointed out as further hallmark of neurodegeneration in PD 3-11.
After years of research in murine and human cancer cells as in vitro models to dissect molecular pathways of Parkinsonism, the use of human fibroblasts from patients and appropriate controls as ex vivo models has become a valuable research tool, if potential caveats are considered. Other than immortalized, rather artificial cell models, primary fibroblasts from patients carrying disease-associated mutations apparently reflect important pathological features of the human disease.
Here we delineate the procedure of taking skin biopsies, culturing human fibroblasts and using detailed protocols for essential microscopic techniques to define mitochondrial phenotypes. These were used to investigate different features associated with PD that are relevant to mitochondrial function and dynamics. Ex vivo, mitochondria can be analyzed in terms of their function, morphology, colocalization with lysosomes (the organelles degrading dysfunctional mitochondria) and degradation via the lysosomal pathway. These phenotypes are highly relevant for the identification of early signs of PD and may precede clinical motor symptoms in human disease-gene carriers. Hence, the assays presented here can be utilized as valuable tools to identify pathological features of neurodegeneration and help to define new therapeutic strategies in PD.

The Use of Primary Human Fibroblasts for Monitoring Mitochondrial Phenotypes in the Field of Parkinson&#039;s Disease

Fibroblasts from patients carrying mutations in Parkinson's disease-causing genes represent an easily accessible ex vivo model to study disease-associated phenotypes. Live cell imaging gives the opportunity to study morphological and functional parameters in living cells. Here we describe the preparation of human fibroblasts and subsequent monitoring of mitochondrial phenotypes.

L&#39;uso di fibroblasti umani primari per il monitoraggio fenotipi mitocondriali nel campo della malattia di Parkinson

Parkinson's disease (PD) is the second most  common movement disorder and affects 1% of people over the age of 60 1. Because ageing is  the most important ...

Gene-environment Interaction Models to Unmask Susceptibility Mechanisms in Parkinson's Disease

Lipoxygenase (LOX) activity has been implicated in neurodegenerative disorders such as Alzheimer&#39;s disease, but its effects in Parkinson&#39;s disease (PD) pathogenesis are less understood. Gene-environment interaction models have utility in unmasking the impact of specific cellular pathways in toxicity that may not be observed using a solely genetic or toxicant disease model alone.&#160;To evaluate if distinct LOX isozymes selectively contribute to PD-related neurodegeneration, transgenic (i.e. 5-LOX and 12/15-LOX deficient) mice can be challenged with a toxin that mimics cell injury and death in the disorder.&#160;Here we describe the use of a neurotoxin, 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP), which produces a nigrostriatal lesion to elucidate the distinct contributions of LOX isozymes to neurodegeneration related to PD. The use of MPTP in mouse, and nonhuman primate, is well-established to recapitulate the nigrostriatal damage in PD.&#160;The extent of MPTP-induced lesioning is measured by HPLC analysis of dopamine and its metabolites and semi-quantitative Western blot analysis of striatum for tyrosine hydroxylase (TH), the rate-limiting enzyme for the synthesis of dopamine. To assess inflammatory markers, which may demonstrate LOX isozyme-selective sensitivity, glial fibrillary acidic protein (GFAP) and Iba-1 immunohistochemistry are performed on brain sections containing substantia nigra, and GFAP Western blot analysis is performed on striatal homogenates.&#160;This experimental approach can provide novel insights into gene-environment interactions underlying nigrostriatal degeneration and PD.

Gene-environment Interaction Models to Unmask Susceptibility Mechanisms in Parkinson&#039;s Disease

Lipoxygenase (LOX) isozymes can generate products that may increase or decrease neuroinflammation and neurodegeneration.&#160;A gene-environment interaction study could identify LOX isozyme-specific effects. Using the 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) model of nigrostriatal damage in two LOX isozyme-deficient transgenic lines allows for comparison of the contribution of LOX isozymes on dopaminergic integrity and inflammation.

Modelli di interazione gene-ambiente per smascherare i meccanismi di suscettibilità nel morbo di Parkinson

Lipoxygenase (LOX) activity has been implicated in neurodegenerative disorders such as Alzheimer&#39;s disease, but its effects in Parkinson&#39;s disease ...

Excitotoxic Stimulation of Brain Microslices as an In vitro Model of Stroke

Examining molecular mechanisms involved in neuropathological conditions, such as ischemic stroke, can be difficult when using whole animal systems. As such, primary or &#39;neuronal-like&#39; cell culture systems are commonly utilized. While&#160;these systems are relatively easy to work with, and are useful model systems in which various functional outcomes (such as cell death) can be readily quantified, the examined outcomes and pathways in cultured immature neurons (such as excitotoxicity-mediated cell death pathways) are not necessarily the same as those observed in mature brain, or in intact tissue. Therefore, there is the need to develop models in which cellular mechanisms in mature neural tissue can be examined. We have developed an in vitro technique that can be used to investigate a variety of molecular pathways in intact nervous tissue. The technique described herein utilizes rat cortical tissue, but this technique can be adapted to use tissue from a variety of species (such as mouse, rabbit, guinea pig, and chicken) or brain regions (for example, hippocampus, striatum, etc.). Additionally, a variety of stimulations/treatments can be used (for example, excitotoxic, administration of inhibitors, etc.). In conclusion, the brain slice model described herein can be used to examine a variety of molecular mechanisms involved in excitotoxicity-mediated brain injury.

Excitotoxic Stimulation of Brain Microslices as an In vitro Model of Stroke

We have developed a brain slice model which can be used to examine molecular mechanisms involved in excitotoxicity-mediated brain injury.&#160;This technique generates viable mature brain tissue and reduces animal numbers required for experimentation, whilst keeping the neuronal circuitry, cellular interactions, and postsynaptic compartments partly intact.

Eccitotossica stimolazione del cervello Microslices come<em&gt; In vitro</em&gt; Modello di Corsa

Examining molecular mechanisms involved in neuropathological conditions, such as ischemic stroke, can be difficult when using whole animal systems. As ...

Using Saccadometry with Deep Brain Stimulation to Study Normal and Pathological Brain Function

The oculomotor system involves a large number of brain areas including parts of the basal ganglia, and various neurodegenerative diseases including Parkinson's and Huntington's can disrupt it. People with Parkinson's disease, for example, tend to have increased saccadic latencies. Consequently, the quantitative measurement of saccadic eye movements has received considerable attention as a potential biomarker for neurodegenerative conditions. A lot more can be learned about the brain in both health and disease by observing what happens to eye movements when the function of specific brain areas is perturbed. Deep brain stimulation is a surgical intervention used for the management of a range of neurological conditions including Parkinson's disease, in which stimulating electrodes are placed in specific brain areas including several sites in the basal ganglia. Eye movement measurements can then be made with the stimulator systems both off and on and the results compared. With suitable experimental design, this approach can be used to study the pathophysiology of the disease being treated, the mechanism by which DBS exerts it beneficial effects, and even aspects of normal neurophysiology.

This paper describes the use of quantitative measurement of eye movements in conjunction with stimulation of focal areas of the deep brain in order to study physiology, pathophysiology, and the mechanisms of deep brain stimulation.

Utilizzando Saccadometry con stimolazione cerebrale profonda per studiare normali e patologiche funzione cerebrale

The oculomotor system involves a large number of brain areas including parts of the basal ganglia, and various neurodegenerative diseases including ...

Development of an Alpha-synuclein Based Rat Model for Parkinson's Disease via Stereotactic Injection of a Recombinant Adeno-associated Viral Vector

In order to study the molecular pathways of Parkinson&#39;s disease (PD) and to develop novel therapeutic strategies, scientific investigators rely on animal models. The identification of PD-associated genes has led to the development of genetic PD models. Most transgenic &#945;-SYN mouse models develop gradual &#945;-SYN pathology but fail to display clear dopaminergic cell loss and dopamine-dependent behavioral deficits. This hurdle was overcome by direct targeting of the substantia nigra with viral vectors overexpressing PD-associated genes. Local gene delivery using viral vectors provides an attractive way to express transgenes in the central nervous system. Specific brain regions can be targeted (e.g. the substantia nigra), expression can be induced in the adult setting and high expression levels can be achieved. Further, different vector systems based on various viruses can be used. The protocol outlines all crucial steps to perform a viral vector injection in the substantia nigra of the rat to develop a viral vector-based alpha-synuclein animal model for Parkinson&#39;s disease.

Development of an Alpha-synuclein Based Rat Model for Parkinson&#039;s Disease via Stereotactic Injection of a Recombinant Adeno-associated Viral Vector

This manuscript describes how viral vector-mediated local gene delivery provides an attractive way to express transgenes in the central nervous system. The protocol outlines all crucial steps to perform a viral vector injection in the substantia nigra of the rat to develop a viral vector-based animal model for Parkinson's disease.

Sviluppo di un Rat modello Alfa-sinucleina per la malattia di Parkinson mediante iniezione stereotassica di un ricombinante vettore virale adeno-associato

In order to study the molecular pathways of Parkinson&#39;s disease (PD) and to develop novel therapeutic strategies, scientific investigators rely on ...