Спеціально підібрана глибока стимуляція мозку покращує ходу при хворобі Паркінсона

У пацієнтів із хворобою Паркінсона зміни здатності до ходьби можуть бути дуже вираженими. Так звана «паркінсонічна хода» може включати зміни довжини кроку та асиметрію між ногами. Ці порушення ходи знижують рухливість людини, збільшують ризик падінь та суттєво впливають на якість життя пацієнта.

Хоча високочастотна глибока стимуляція мозку (ГМС) є високоефективною у зменшенні симптомів тремору, ригідності та брадикінезії (уповільнення рухів), її вплив на ходу є більш мінливим і менш передбачуваним у пацієнтів з тяжкими порушеннями ходи. Основними проблемами у покращенні результатів ГМС для лікування порушень ходи залишаються відсутність стандартизованої метрики ходи, яку клініцисти могли б використовувати під час коригування параметрів стимуляції, а також недостатнє розуміння впливу різних факторів стимуляції на ходу.

У нещодавньому дослідженні вчені з Каліфорнійського університету в Сан-Франциско (UCSF) розробили систематичний спосіб кількісної оцінки ключових аспектів ходи, характерних для хвороби Паркінсона, та використали методи машинного навчання для вибору оптимальних налаштувань DBS для кожного пацієнта. Ці персоналізовані налаштування призвели до значних покращень ходьби, таких як швидші та стабільніші кроки, без погіршення інших симптомів.

Результати їхнього дослідження опубліковані в npj Parkinson's Disease.

«Ми підійшли до завдання оптимізації налаштувань DBS як до інженерної проблеми, з метою моделювання взаємозв'язку між параметрами стимуляції, активністю мозку та характеристиками ходи», – сказав перший автор Хамід Фекрі Азгомі, доктор філософії, постдокторант Лабораторії Ванга Каліфорнійського університету в Сан-Франциско.

Як оптимізувати хід

У дослідженні пацієнтам із хворобою Паркінсона імплантували пристрої DBS, які не лише стимулювали мозок, але й реєстрували нейронну активність під час ходьби. Під час відвідувань клініки параметри DBS змінювалися в безпечних межах для вивчення їхнього впливу на функцію ходи. У відповідь на кожен набір налаштувань пацієнти проходили замкнутий контур довжиною приблизно шість метрів, одночасно безперервно записуючи нейронні дані та кінематику ходи.

Дослідники розробили Індекс ефективності ходьби (WPI), який оцінював такі показники ходьби, як довжина кроку, швидкість кроку, амплітуда махів рукою та когерентність ходи. Поєднуючи ці показники, WPI забезпечив комплексну оцінку ходи, що охоплює різні аспекти рухової функції, на яку впливає хвороба Паркінсона.

«Наші результати підтвердили, що зміни в налаштуваннях DBS були ефективно враховані за допомогою WPI та відповідали оцінкам пацієнта та клініциста під час кожного візиту», – сказав Азгомі. «Ця валідація підтверджує, що WPI є ефективним показником для оцінки та цільового покращення ходи у людей із хворобою Паркінсона. Використовуючи ці методи, ми змогли передбачити та визначити персоналізовані налаштування DBS, які покращили WPI».

Дослідники також визначили закономірності активності мозку, пов'язані з покращенням ходьби. Використовуючи багатовимірні моделі, автори визначили унікальну нейронну динаміку, яка відрізняє оптимальну ходу від менш ефективних закономірностей. Покращена хода була пов'язана зі зниженням активності бета-діапазону мозкових хвиль протягом певних фаз циклу ходьби в блідій кулі (globus pallidus) – області мозку, пов'язаній з втратою м'язів у людей з хворобою Паркінсона.

Ці дані, разом з ідентифікованими окремими нейронними біомаркерами, підкреслюють важливість персоналізованих, заснованих на даних втручань для покращення ходи у людей із хворобою Паркінсона.

«Ця робота не лише поглиблює наше розуміння того, як DBS впливає на рух, але й демонструє потенціал персоналізованої нейромодуляції хвороби Паркінсона та інших неврологічних розладів, наближаючи нас до розумніших та ефективніших методів лікування», — сказала старший автор дослідження Доріс Ванг, доктор медичних наук, нейрохірург та доцент кафедри нейрохірургії в Каліфорнійському університеті в Сан-Франциско.