Name: controlling parkinson's disease with adaptive deep brain stimulation
Uploaded: 2014-07-16T13:00:00
Duration: 11 min 12 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Controlling Parkinson's Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation at JoVE.com

Dieses Verfahren wurde mit Mitteln aus dem Wellcome Trust, Medical Research Council, National Institute for Health Research Oxford Biomedical Research Centre und Rosetrees Vertrauen entwickelt. Die UCL Unit of Funktionelle Neurochirurgie wird von der britischen Parkinson Kammern und der Monument Vertrauen unterstützt.

1. Einwilligung und Biomarker-Identifizierung Dieses Protokoll wurde überprüft und von der National Research Ethics Service Committee genehmigt South Central - Oxford A. <ol><li> Geeignete Themen für Studien identifizieren: Themen sind die, die klinisch als geeignet für die tiefe Hirnstimulation (medizinisch refraktären Parkinson-Krankheit) identifiziert werden. Hinweis: Führen Experiment nach Elektrodenimplantation (Tag 1) und vor der Batterie / Stimulator Platzierung (Tag 7), während die Drähte externalisiert werden. </li><li> Einwilligung Patienten zur Stimulation Prüfung und über Nacht Parkinson-Medikamente Entzug. </li><li> Nach 12 Stunden Entzug der Parkinson-Medikamente, schließen lagerten DBS-Elektroden, geeignete Verstärker (Verstärker muss so konstruiert, Sicherheit geprüft und für intrakranielle neurophysiologischen Einsatz beim Menschen bestätigt) 16. </li><li> Rekord lokale Feldpotential (LFP) in Ruhe von allen Kontakten Mrd.aterally (L &amp; R 0-3 0-3.) </li><li> Neues bipolaren Montagen (0,2 und 1,3) durch Subtraktion der Aufnahmen vom benachbarten Kontakten. </li><li> Führen Sie die spektrale Leistungsanalyse, um patientenspezifische Beta-Spitzenfrequenz und bipolare Kontaktpaar mit der höchsten Beta-Amplitude für die Stimulation Tests zu identifizieren. Hinweis: Mehrheit der PD-Patienten ohne Medikamente eine Beta-Peak 2 haben. Wenn kein Beta-Gipfel ist erkennbar, ohne Medikamente, sollte der Patient von der weiteren Analyse ausgeschlossen werden, da dies DBS Targeting Komplikationen darstellen. </li><li> Wählen Sie den Kontakt für die monopolare Stimulation, die von einer bipolaren Kontaktpaar (0,2 oder 1,3) mit der höchsten Beta-Amplitude überbrückt wird. </li></ol> 2. Anschluss von Patient zu ADBS-Setup <ol><li> Schließen Sie das DBS-Elektrode an den analogen Verstärker und Filter. Hinweis: Bandpassfilter zwischen 3-37 Hz bei 9.100 x Zunahme. </li><li> Schließen Bezug auf Patienten. Hinweis: Es sollte 5 cm x 5 cm Neurostimulator Gel-Elektrode Pad durch eine stan verbunden seindard 2 mm monopolaren Elektrodendraht. Stellen Sie die Elektrode über dem linken Schlüsselbein. </li><li> Verbinden Sie den analogen Verstärker A / D-Wandler und tragbaren Computer mit Signalanalyse-Software. Zweite Phase des Signals um den Patienten spezifischen Beta Spitzen digital-Filter mit einer 4 Hz Durchlassbereich. Überwachung der Beta-Amplitude und nutzen diese, um die Stimulation mit einem vorher festgelegten Schwellenwert steuern. Glatte Beta-Amplitude mit einer Glättungsfenster (400 ms war heuristisch wirksam bei diesem Setup.) </li><li> Schließen D / A-Trigger-Stimulator. </li><li> Schließen Stimulator durch Verstärker Patient. Hinweis: Zur Sicherheit gewährleisten Ladungsdichten auf &lt;30 μQ / cm 2 und Stimulator hat linearen Eingangs begrenzt - Ausgabefunktion. Optisch isolieren Sie alle Verbindungen zu Patient. Stimulator sollte so gestaltet und EN60601-1-medizinischen Sicherheitsstandard als Referenz getestet werden. </li></ol> 3. Konventionelle Prüfung von Dauerimpuls <ol><li> Drehen auf konventionellen Hochfrequenz-Stimulationtion, sondern zunächst auf Null-Spannung (100 ms, 130 Hz, 0 V). Bewerben monopolare Stimulation bei Kontakt durch bipolare Kontaktpaar mit der höchsten Beta-Amplitude überbrückt. Stimulator zu überwachen Auslese kontinuierlich während Experiment, um sicherzustellen, dass die Stimulation geliefert wird, wie erwartet. </li><li> Langsam erhöhen Stimulationsspannung von 0,5 V-Schritten alle paar Minuten, auf der Suche nach klinischen Wirkungsschwelle. Etablieren klinisch nützlich Stimulationsspannung (in der Regel 1,5-3,0 V) zusammen mit minimalen oder keinen Nebenwirkungen wie Parästhesien. </li></ol> 4. Prüfung von Threshold mit Ein / Aus-Schalten und Trigger-Einstellung <ol><li> Mit der Stimulation in der klinisch wirksamen Spannung, schalten Sie den Stimulator mit 250 msec Herunterfahren. </li><li> Mit der Stimulation in der klinisch wirksamen Spannung, schalten Sie den Stimulator auf 250 msec Hochfahren. </li><li> Informieren Sie sich über Parästhesien und alle anderen möglichen Nebenwirkungen erlebt beim Einschalten Stimulation ein und aus. &lt;/ Li&gt; <li> Falls Nebenwirkungen vorhanden sind, verringern die Spannung von 0,25 V und wiederholen Sie die Schritte 4.1 bis 4.3 bis unten Parästhesien auf Ein / Aus-Schaltschwelle. </li><li> Durch Titration finden die Schwelle für Parästhesien mit Ein / Aus-Schalt wieder und stellen Sie die Spannung knapp unterhalb (0,1 V), diese Schwelle für weitere Tests. Wenn dies klinisch unwirksam dann versuchen, andere Kontakt (wählen Sie Kontakt 1 oder 2). Hinweis: Schalt Stimulator-und Ausschalten kann auch in einigen Patienten verursachen eine Spitze Artefakt, möglicherweise im Zusammenhang mit Kapazitätslade an der Gewebeelektrode Schnittstelle. Wie war das Signal-Pass-Band in der Beta Band gefiltert, bevor Sie einen Trigger Ebene wurde dieses Artefakt stark gedämpft. Dennoch in einigen Fällen dieses Artefakt war ausreichend, um Selbstauslösung verursachen. Um dies in diesen Fällen befassen, die Spannung der Stimulation reduziert wir und erhöhte Triggerschwelle selbstauslösende entweichen. Ein anderer Weg, die dies in der Zukunft gelöst werden, wenn notwendig, durch den Einbau voneine Aussperrung Zeit nach jedem Trigger Beginn auf Selbstauslösungen zu vermeiden. </li><li> Schalten Sie Stimulation bei Spannung knapp unter der Ein / Aus-Schaltschwelle Parästhesien oben bestimmt. </li><li> Steigern Beta Amplitude Triggerschwelle auf einem Niveau, das in kürzester Zeit auf Stimulation führt unter Beibehaltung der klinischen Wirkung. Ziel für mindestens 50% ige Reduktion der Zeit auf Stimulation. </li><li> Schalten Sie Anregung und lassen Patienten ohne Stimulation (nach eingerichtet und zwischen Test-Blöcke) für 10 min, um Stimulationseffekt Auswaschen. </li></ol> 5. Prüfung der Patient über verschiedene Stimulationsbedingungen <ol><li> Stellen Sie sicher, Verblindung von Patienten, die Bedingungen (adaptive DBS konventionelle &amp; aus) testen. </li><li> Bewerben jede Testbedingung für mindestens 5 min Stabilisierungszeitraum mit der Bedingung ausgeführt werden, bevor klinische Prüfung beginnt. Fronttestbedingung, um über Themen. Befestigen Sie die Spannung, Impulsbreite und Stimulationsfrequenz identifizierttisch über die Testbedingungen, so daß der einzige Unterschied bezieht sich auf den Zeitpunkt der Anregung bezüglich beta Amplitude. </li><li> Bei einem vorgegebenen Festpunkt nach Beginn der Stimulation (z. B. mindestens 300 sec), beurteilen die Patienten klinisch Effekt durch die UPDRS-Rating-Skala. </li><li> Videoaufzeichnung Bewertung und dann blinden Rate von unabhängigen Experten offline (ohne Steifigkeit.) </li><li> Führen klinische Beurteilung nach objektiven Maßnahmen (Accelerometrie oder actigraphy). </li></ol>

<ol>
	<li>Schrag, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dyskinesias+and+motor+fluctuations+in+Parkinson's+disease:+A+community-based+study.">Dyskinesias and motor fluctuations in Parkinson's disease: A community-based study.</a> Brain. 123 (11), 2297-2305 (2000).</li><li>Little, S., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+brain+signals+are+suitable+for+feedback+control+of+deep+brain+stimulation+in+Parkinson's+disease.">What brain signals are suitable for feedback control of deep brain stimulation in Parkinson's disease.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. 1265 (1), 9-24 (2012).</li><li>Chen, C. C., Br&#252;cke, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+brain+stimulation+of+the+subthalamic+nucleus:+a+two-edged+sword.">Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus: a two-edged sword.</a> Current biology. 16 (22), 952-953 (2006).</li><li>Modolo, J., Legros, A., Thomas, A. W., Beuter, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Model-driven+therapeutic+treatment+of+neurological+disorders:+reshaping+brain+rhythms+with+neuromodulation.">Model-driven therapeutic treatment of neurological disorders: reshaping brain rhythms with neuromodulation.</a> Interface Focus. (1), 61-74 (2011).</li><li>Priori, A., Foffani, G., Rossi, L., Marceglia, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+deep+brain+stimulation+(aDBS)+controlled+by+local+field+potential+oscillations.">Adaptive deep brain stimulation (aDBS) controlled by local field potential oscillations.</a> Experimental neurology. 245, 77-86 (2012).</li><li>K&#252;hn, A. A., Kupsch, A., Schneider, G., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduction+in+subthalamic+8-35+Hz+oscillatory+activity+correlates+with+clinical+improvement+in+Parkinson's+disease.">Reduction in subthalamic 8-35 Hz oscillatory activity correlates with clinical improvement in Parkinson's disease.</a> The European journal of neuroscience. 23 (7), 1956-1960 (2006).</li><li>Eusebio, A., Cagnan, H., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Does+suppression+of+oscillatory+synchronisation+mediate+some+of+the+therapeutic+effects+of+DBS+in+patients+with+Parkinson's+disease.">Does suppression of oscillatory synchronisation mediate some of the therapeutic effects of DBS in patients with Parkinson's disease.</a> Frontiers in integrative neuroscience. 6, (2012).</li><li>Giannicola, G., Rosa, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subthalamic+local+field+potentials+after+seven-year+deep+brain+stimulation+in+Parkinson's+disease.">Subthalamic local field potentials after seven-year deep brain stimulation in Parkinson's disease.</a> Experimental neurology. 237 (2), 312-317 (2012).</li><li>L&#243;pez-Azc&#225;rate, J., Tainta, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coupling+between+beta+and+high-frequency+activity+in+the+human+subthalamic+nucleus+may+be+a+pathophysiological+mechanism+in+Parkinson's+disease.">Coupling between beta and high-frequency activity in the human subthalamic nucleus may be a pathophysiological mechanism in Parkinson's disease.</a> The Journal of Neuroscience. 30 (19), 6667-6677 (2010).</li><li>Ozkurt, T. E., Butz, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+frequency+oscillations+in+the+subthalamic+nucleus:+A+neurophysiological+marker+of+the+motor+state+in+Parkinson's+disease.">High frequency oscillations in the subthalamic nucleus: A neurophysiological marker of the motor state in Parkinson's disease.</a> Experimental neurology. 229 (2), 324-331 (2011).</li><li>Pogosyan, A., Yoshida, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parkinsonian+impairment+correlates+with+spatially+extensive+subthalamic+oscillatory+synchronization.">Parkinsonian impairment correlates with spatially extensive subthalamic oscillatory synchronization.</a> Neuroscience. 171 (1), 245-257 (2010).</li><li>Chen, C. C., Hsu, Y. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complexity+of+subthalamic+13-35+Hz+oscillatory+activity+directly+correlates+with+clinical+impairment+in+patients+with+Parkinson's+disease.">Complexity of subthalamic 13-35 Hz oscillatory activity directly correlates with clinical impairment in patients with Parkinson's disease.</a> Experimental neurology. 224 (1), 234-240 (2010).</li><li>Rosin, B., Slovik, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Closed-loop+deep+brain+stimulation+is+superior+in+ameliorating+parkinsonism.">Closed-loop deep brain stimulation is superior in ameliorating parkinsonism.</a> Neuron. 72 (2), 370-384 (2011).</li><li>Little, S., Pogosyan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+Deep+Brain+Stimulation+in+Advanced+Parkinson+Disease.">Adaptive Deep Brain Stimulation in Advanced Parkinson Disease.</a> Annals of neurology. 74 (3), 449-457 (2013).</li><li>Afshar, P., Khambhati, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+translational+platform+for+prototyping+closed-loop+neuromodulation+systems.+Frontiers+in+neural+circuits.">A translational platform for prototyping closed-loop neuromodulation systems. Frontiers in neural circuits.</a> 6, (2012).</li><li>Eusebio, A., Thevathasan, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+brain+stimulation+can+suppress+pathological+synchronisation+in+parkinsonian+patients.">Deep brain stimulation can suppress pathological synchronisation in parkinsonian patients.</a> Journal of neurology, neurosurgery, and psychiatry. 82 (5), 569-573 (2011).</li><li>Little, S., Pogosyan, A., Kuhn, A. A., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beta+band+stability+over+time+correlates+with+Parkinsonian+rigidity+and+bradykinesia.">Beta band stability over time correlates with Parkinsonian rigidity and bradykinesia.</a> Experimental neurology. 236 (2), 383-388 (2012).</li></ol>

LZ, MH: Beratung, Reiseunterstützung, Sprechen Gebühren, Medtronic, St. Jude. TF: Beratung, AbbVie Pharmaceuticals, St Jude, Medtronic; PL: Beratung, Sprechen Gebühren, Medtronic, St. Jude. PB: Beratung, Medtronic, Sapiens.

Dieser Artikel beschreibt eine neue Methode für die Untersuchung und Bestätigung der adaptive Tiefenhirnstimulation bei postoperativen Patienten. DBS-Behandlung ist Teil der Standard-Behandlung für PD, essentiellem Tremor und Dystonie und wird eingeführt und in einer Reihe von anderen Bedingungen, einschließlich Cluster-Kopfschmerzen, Epilepsie, Gilles de la Tourette-Syndrom, Zwangsstörungen und Depressionen getestet. Derzeit alle klinischen Stimulation Paradigmen beschäftigen kontinuierliche Open-Loop-Stimulation und obwohl diese einfache Stimulation Paradigmen sind oft wirksam, es ist zu hoffen, dass sie deutlich, indem sie die auf Krankheit geeignete Biomarker und damit Stimulation in einer informierten, Patienten-Optimierung verbessert werden spezifische Art und Weise. Verfahren hier beschrieben, erlaubt die Prüfung von ADBS bei Patienten nach der ersten Operation (Elektrodenimplantation) vor Internalisierung und Implantation der Batterie und Stimulator externalisierten. Unter Verwendung dieses Verfahrens wird es gehofftVordergrund, dass die Forscher die Wirksamkeit der ADB mit einer Reihe von Biomarkern für das gesamte Spektrum von Erkrankungen, für die DBS wird verwendet, zu untersuchen. Dies kann dann zu Studien in den chronisch implantierten klinischen Umfeld führen. Das Protokoll, das wir verwendet und festgestellt, um erfolgreich zu sein haben, ist oben beschrieben. Wir erkennen eine Reihe von kritischen Schritte zur Feinabstimmung des Prozesses, um eine erfolgreiche ADBS zu erreichen. Parameter, die in diesem einfachen Setup ADBS gesteuert werden können, gehören Spannung, Auslöseschwelle, Stimulationskontakt und Rampendauer. Diese müssen alle gegen die Nebenwirkungen von Schalt Stimulation ein und aus (Parästhesien) ausgeglichen werden, technische Probleme (wiederkehrende &quot;Selbst&quot; Triggerung) und der klinischen Wirksamkeit. Schalt Stimulation und Ausschalten bewirkt eine spannungsabhängige Artefakte im LFP dass trotz Filterung können möglicherweise in den Frequenzbereich von Interesse austritt. In schweren Fällen kann das System die Selbstauslöser auch in Abwesenheit eines verursachenErhebung in der Biomarker-Signal, hier-Beta-Aktivität in der lokalen Feldpotenzial. Dies stellt kein Sicherheitsproblem darstellen, da sie effektiv in die ADBS wobei die ganze Zeit und damit imitiert CDBs von dem bekannt ist, sicher zu sein führt. Es wird jedoch zu einem Mangel an Reaktivität beta Amplitude und damit den Verlust der potenziellen Nutzen ADBS über CDBS führen. Wir fanden, dass, falls notwendig, kann selbst Triggerung durch Reduzieren der Stimulationsspannung, Anhebung der Schwelle oder die Änderung der Stimulationskontakt vermieden werden. Die 250 ms Rampen der Stimulation ein-und ausschalten wurde zu zufriedenstellenden Kompromiss im Hinblick auf die Verhinderung von Parästhesien unter Beibehaltung der Reaktionsfähigkeit der ADBS sein. Zur Zeit haben Parameter, die heuristisch, um die beste Reaktion Profil des einzelnen Patienten zu erreichen, eingestellt werden, und wir haben noch nicht konsequente Regeln, die anwendbar sind auf Konzernebene, dies zu erreichen, zuverlässig identifiziert. Dennoch in allen bisher untersuchten Patienten fanden wir,dass heuristische Einstellung von Spannung, Triggerschwelle und Stimulationskontakt aktiviert ADBS wirksame und optimale Parameter wurden in weniger als 30 min ermittelt. Es ist zu hoffen, dass das Management von Nebenwirkungen (Parästhesien von Ein / Aus-Schalten) und Artefaktkontamination (möglicherweise, um Gewebe-Elektroden-Kapazität bezogen) weiter untersucht und besser verstanden zu allgemeineren Vorschriften über ihre Minimierung abzuleiten. Das Potenzial für die Exploration Parameterraum wird auch größer und komplizierter als die Komplexität von Biomarkern und Stimulation Algorithmen wachsen werden. Zum Beispiel, Hochfrequenz-Leistungsverhältnisse, Phasenamplitudenkopplungs und Beta-Variabilität haben alle gezeigt, um Parkinson-Zustand 9,10,12,17 beziehen. Die in diesem Dokument beschriebenen Methode die systematische Untersuchung solcher Parameter und ihre Wirkung auf die klinische Wirksamkeit der Stimulation neben ihrer Nebenwirkungsprofil zu ermöglichen. Allerdings ist die thorough Optimierung aller Parameter in der Zukunft wahrscheinlich erleichtert werden einmal DBS Modelle und Algorithmen Optimierungsroutinen, die auf der Reaktion des Biomarkers anstatt klinischen Effekte konzentrieren können Begrenzung der Parameterbereiche empirisch gesucht werden. Dieses Verfahren hat eine verbesserte Energieverbrauch und die klinische Wirksamkeit gezeigt, im Vergleich zu herkömmlichen DBS und das Potential hat, weiter in PD mit Fortschritt im Verständnis bezüglich Biomarker und Stimulationsmuster verbessert werden. In anderen Bedingungen, wo DBS verwendet wird, viel weniger bekannt ist, in Bezug auf zugrunde liegende Pathophysiologie und damit entsprechende Biomarker sind noch nicht vollständig ermittelt werden. Wesentliche weitere Forschung ist erforderlich, um vollständig zu nutzen das Potenzial der ADB in Parkinson und seine Machbarkeit in einer Reihe von anderen möglichen neurologischen und neuropsychiatrischen Erkrankungen, in der Schwere und Wertschwankungen über die Zeit zu erkunden.

Parkinson-Krankheit ist eine degenerative gemeinsame schweren, behindernden Bewegungsstörung, für die langfristige medizinische Behandlung unbefriedigend 1 ist. DBS ist für erweiterte medizinisch refraktären PD ist aber in Bezug auf Wirksamkeit, Nebenwirkungen und kosten 2 beschränkt. Konventionelle Stimulation heuristisch durch einen Bewegungsstörungen Spezialist und links kontinuierlich ohne Änderung läuft bis zur nächsten Klinik zu besuchen. Typische Stimulationsparameter sind 60 ms Pulsbreite, 3 V Intensität und 130 Hz Wiederholung. Allerdings kann diese kontinuierliche Hochspannungs Stimulation mit normalen Motor Funktionieren 3 stören. Ähnlich wie Herzschrittmacher hat erfolgreich von der einfachen Open-Loop-Systeme, komplexe reagiert geschlossene Systeme umgestellt, mit einem zugehörigen Verbesserung der Ergebnisse ist zu hoffen, dass DBS kann in ähnlicher Weise, indem sie die auf zugrunde liegende Gehirnrhythmen verbessert werden - adaptive DBS (ADB) 4 , 5. In order zu ADBS realisieren, ist es zunächst wichtig, zuverlässige Biomarker der Krankheit zu identifizieren. Parkinson-Krankheit ist durch prominente beta (13-33 Hz) Schwingungen in der gesamten Basalganglien Schaltung 2 gespeichert ist. Diese Beta-Schwingungen werden von Levodopa und DBS im Verhältnis zur Verbesserung der klinischen Zustand 6,7 unterdrückt. Sie sind stabil und robust in der Langzeit-und aus den gleichen Elektroden für klinische DBS macht sie zu attraktiven Zielen für Biomarker 8 aufgezeichnet werden. Neben den Beta-Schwingungen, eine Reihe von anderen, komplexeren, potenzielle Biomarker identifiziert worden, die gezeigt haben, um die Schwere der Symptome 2,9-12 beziehen. Primatenmodell von PD-13 - Nachweis der Grundsatz der ADB hat nun in einem nicht nachgewiesen worden. Dieser verwendet eine einzelne kortikalen motorischen Neurons auf die Stimulation mit dem Brennen des Neurons Auslösung DBS Stimulation nach einer festgelegten Verzögerung steuern. Die Studie berichtet, dass anpassenive Stimulation war wirksamer als herkömmliche DBS. Die jüngsten Arbeiten hat sich seitdem erfolgreich auf den Menschen ausgedehnt ADBS, die Methode, für die in diesem Artikel JoVE 14 vorgestellt. Diese Studie untersuchte Patienten mit PD in der unmittelbaren postoperativen Phase vor der Internalisierung ihrer Leitungen und Verbindung zu ihren Akku / Stimulator. Beta-Schwingungen in Echtzeit online überwacht und verwendet, um die Zeitsteuerung von Hochfrequenzstimulation zu steuern. Dies führte zu einer Reduktion&gt; 50% des Stromverbrauchs und einer Verbesserung der motorischen Beeinträchtigung von 25% im Vergleich zu Standard-Stimulation. Diese Ergebnisse müssen in der chronisch implantierten Zustand, in dem Schwellenwerte und effektive Stimulationsparameter können sowie Wirkstoffspiegel verändern repliziert werden. Als solche müssen Biomarker und Regelalgorithmen angepasst und entsprechend angepasst werden und in der Tat kann auch erfordern weitere Komplexität auf diese verschiedenen Parameter Landschaft anzupassen. Geräte, die für längerfristige st ausgestattet sindimulation und Aufnahme werden derzeit entwickelt und in einem Forschungseinstellung 15 erprobt. Inzwischen gibt es einen Bedarf für eine Plattform, die es werden die möglichen Vorteile der adaptiven DBS und die Algorithmen, die ihre Leistung zu untermauern weiter evaluiert und verfeinert werden. Dies ist ein wichtiger Schritt, da Fehler und suboptimale Ansätze sind schwieriger umzukehren, sobald Systeme sind für die chronische Verwendung internalisiert. Darüber hinaus sind Kurzzeitstudien notwendig, die Anstrengungen bei der Überwindung der Herausforderungen implizit in die Entwicklung chronischer verinnerlichten adaptive DBS-System zu motivieren. Das Ziel dieses Berichtes ist es, Methoden Forschern ermöglichen, eine Reihe von verschiedenen Biomarkern und Stimulation Paradigmen in der DBS-Patienten zu erforschen und um die Parameter zu optimieren, um die Wirksamkeit zu maximieren und Nebenwirkungen / Stromverbrauch zu minimieren. Es ist das erste Verfahren dieser Art, die bei Patienten mit Parkinsonismus und ist relativ einfach und leicht anzuwenden ist leer. Das Verfahren wurde entwickelt, to untersuchen jede DBS Patienten, für den gibt es eine bekannte und LFP-Biomarker, die einen Zeitraum von Externalisierung (bis zu 1 Woche Zeit, als Elektrodendrähte sind extra-Schädel-und für Experimente zur Verfügung vor, um die Batterie / Stimulator Insertion) hat nach der Operation.

<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 Tiefenhirnstimulation (ADB) hat das Potenzial zur Verbesserung der Behandlung der Parkinson-Krankheit durch die Optimierung der Stimulation in Echtzeit nach schwankenden Krankheit und Medikamente Staat. In der vorliegenden Realisierung der adaptiven DBS erfassen wir von den DBS-Elektroden in den Nucleus subthalamicus bei Patienten mit Parkinson-Krankheit in der frühen postoperativen Phase implantiert stimulieren. Lokale Feldpotentiale analogen zwischen 3 und 47 Hz gefiltert, bevor sie zu einer Datenerfassungseinheit, wo sie digital wieder um den Patienten spezifischen beta Spitzen gefiltert, gleichgerichtet und geglättet, um eine Online-Messung der beta Amplitude geben geleitet. Ein Schwellenwert für Beta-Amplitude wird heuristisch festgelegt, die, wenn überquerte, geht ein Triggersignal an den Stimulator. Der Stimulator dann Rampen bis Stimulation zu einem vorher festgelegten klinisch effektive Spannung über 250 ms und weiter zu stimulieren, bis die Beta-Amplitude wieder unter den Schwellenwert fällt.Die Stimulation wird in dieser Weise mit kurzen Episoden von abgeschrägten DBS während Zeiten erhöhter Beta-Macht. Klinische Wirksamkeit ist nach einem Zeitraum von mindestens Stabilisierung (5 min) durch die unblinded und blendete Video Beurteilung der motorischen Funktion über eine Auswahl von Noten vom Unified Parkinson-Rating Scale (UPDRS) bewertet. Neuere Arbeiten haben eine Reduzierung des Stromverbrauchs mit ADBS sowie eine Verbesserung der klinischen Scores im Vergleich zu herkömmlichen DBS demonstriert. Chronische ADBS konnte nun in Parkinson erprobt werden.

Ergebnisse unter Verwendung dieses Verfahrens wurden kürzlich unter Verwendung dieses Protokolls für Beta-Amplitude (Fig. 1) 14 veröffentlicht. Diese Studie zeigte, daß klinisch wirksame Stimulation kann trotz einer Reduktion von&gt; 50% in der Zeit auf Stimulation (p &lt;0,001) erreicht werden. Es war auch darauf hingewiesen, dass die Zeit auf Stimulation eher progressiv trotz einer konstanten Auslöseschwelle (2-seitig, 1-Stichproben-t-Test, t 7 = 3,2, p = 0,01) sinken. Motor-Scores wurden um 66% und 50% während der ADB in den unblinded und geblendet Bedingungen verbessert sind. Trotz der reduzierten Menge an Gesamt Stimulation - klinische Ergebnis betrug 29% (p = 0,03) und 27% (p = 0,005) besser in der ADB-Gruppe, verglichen mit dem herkömmlichen DBS-Gruppe (unblinded bzw. geblendet, Abbildung 2). <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51403/51403fig1highres.jpg"src = &quot;/ files/ftp_upload/51403/51403fig1.jpg&quot; /&gt; Abbildung 1. Versuchsaufbau. Versuchsaufbau für die adaptive Tiefenhirnstimulation in externalisiert Themen. Bipolar lokale Feldpotential (LFP) wird durch einen speziell angefertigten StimRecord Verstärker, (3-37 Hz) und verstärkt (X9, 100) Filter geleitet. Das analoge (A) ausgegeben wird, an eine Datenerfassungseinheit, die an einen digitalen (D)-Signal, das auf einem tragbaren Computer angezeigt wird, umwandelt. Das Signal wird digital auf der Beta-Peak in Echtzeit gefiltert und umgewandelt beta Amplitude durch Gleichrichten und Glätten. Ein Schwellenwert eingestellt ist, dass die Stimulation in einer monopolaren Montage zwischen den zwei bipolaren Aufzeichnungselektroden, wenn Beta Macht über die Schwelle auslöst. Stimulation beendet, wenn Beta-Leistung fällt wieder unter den Schwellenwert. (Mit Genehmigung von Annals of Neurology Nachdruck.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51403/51403fig1highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine lar ansehen</a>ger-Version dieser Figur. <img alt="Figur 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51403/51403fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51403/51403fig2.jpg" /> Abbildung 2. Klinische Verbesserungen. Mittelwert ± SEM% Veränderung in hemibody UPDRS-Scores (Artikel 20, 22 und 23) mit verschiedenen Stimulationsbedingungen wie beurteilt unblinded während der experimentellen Sitzungen (A) oder von Videoaufnahmen von Experten blind (B). Asterixes bezeichnen signifikante Unterschiede folgende Korrektur für Mehrfachvergleiche durch die False Discovery Rate Verfahren. Alle Änderungen waren signifikant von der nicht-stimulierten Zustand, mit Ausnahme der geblendet Ergebnis für Zufallsstimulation (mit Genehmigung von Annals of Neurology Nachdruck.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51403/51403fig2highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version zu sehen</a>dieser Figur.

Watch this Scientific Journal Video about Controlling Parkinson's Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation at JoVE.com

Controlling Parkinson's Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation

Adaptive Tiefenhirnstimulation (ADB) ist wirksam für die Parkinson-Krankheit, die Verbesserung der Symptome und reduziert den Stromverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Tiefenhirnstimulation (CDB). In ADBS wir in Echtzeit verfolgen eine lokale Feldpotential-Biomarker (beta Schwingungsamplitude) und nutzen diese, um den Zeitpunkt der Stimulation steuern.

Controlling Parkinson-Krankheit mit Adaptive Tiefe Hirnstimulation

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

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Intra-Operative Behavioral Aufgaben in Awake Humans Undergoing Deep Brain Stimulation Chirurgie

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

Forschung

Medizin

Accurate and Simple Measurement of the Pro-inflammatory Cytokine IL-1&beta; using a Whole Blood Stimulation Assay

Accurate and Simple Measurement of the Pro-inflammatory Cytokine IL-1ÃƒÅ½Ã‚Â² using a Whole Blood Stimulation Assay

Genaue und einfache Messung der pro-inflammatorischen Zytokins IL-1β mit einem Vollblut Stimulation Assay

Inflammatory processes resulting from the secretion of soluble mediators by immune cells, lead to various manifestations in skin, joints and other tissues ...

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

Entwicklung eines Einseitig-läsionierten 6-OHDA Mausmodell der Parkinson-Krankheit

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-Massenspektrometrie von Neuropeptiden bei Parkinsonpatienten

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

Haut Stanzbiopsie Explantatkultur für die Ableitung des primären humanen Fibroblasten

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

Isolierung von löslicher und unlöslicher PrP Oligomere in das normale menschliche Gehirn

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

Die Verwendung von primären humanen Fibroblasten zur Überwachung Mitochondriale Phänotypen auf dem Gebiet der Parkinson-Krankheit

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

Gen-Umgebung Interaktionsmodelle zur Entlarvung von Störmechanismen bei Parkinson-Krankheit

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

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

Exzitotoxische Stimulation der Hirn Microslices als<em&gt; In-vitro-</em&gt; Modell der Stroke

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

Mit Saccadometry mit Deep Brain Stimulation Normale und Pathologische Funktion des Gehirns zu studieren

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