6 Minutės
Mokslininkai ėmė atrinkinėti patikimą signalą iš smegenų elektrinio „triukšmo“, kuris tiesiogiai susijęs su Parkinsono ligos sukeliamais judesių sutrikimais. Apjungę giluminių smegenų įrašų duomenis iš dešimčių pacientų, tyrėjai teigia, kad dabar įmanoma identifikuoti ritmiškus modelius, kurie ateityje gali nukreipti adaptacines terapijas ir pagerinti motorinį valdymą.
Klausymas siekiant prasmės smegenų triukšme
Parkinsono liga prasideda tuomet, kai bazaliniai ganglijai — gilūs smegenų tinklai, padedantys filtruoti ir koordinuoti judesius — nustoja tinkamai veikti. Pasekmės yra gerai žinomas simptomų trio: sulėtėję judesiai (bradikinezija), raumenų standumas ir tremoras. Daugelį metų neurologai ir neurofiziologai pastebėdavo tam tikrų elektrinių ritmų padidėjimą, ypač vidutinio ir aukšto dažnio oscilacijas, vadinamas beta bangomis, bazaliniuose ganglijuose pacientams su Parkinsono liga. Tačiau šie signalai dažnai būdavo užteršti triukšmu, nevienodai pasireikšdavo skirtinguose tyrimuose ir sunkiai susieti su konkrečiais simptomais arba klinikiniu sunkumu.
Tam, kad išspręstų šiuos neatitikimus, Max Planck instituto (žmogaus kognityvinių ir smegenų mokslų) tyrėjų komanda koordinavo tarptautinį projektą. Jie sujungė penkis atskirus elektrofiziologinių įrašų rinkinius, gautus iš giluminių elektrodų, įdiegtų 119 pacientų, sergančių Parkinsono liga. Uždaviniu tapo ne lyginti sergančias smegenis su nepriklausančiais sveikais kontroliniais asmenimis, o palyginti aktyvumą tarp dviejų smegenų pusrutulių kiekviename pacientų — taktika, leidžianti atskirti liga susijusius ritmus nuo individualios įvairovės ir paciento savitumo.
Tokia tarpsektorinė analizė sumažina tarpkurinius skirtumus, kuriuos sukelia skirtingų pacientų amžius, ligos trukmė, medikamentinė terapija ir kitokios klinikinės variacijos. Be to, apjungus duomenis iš kelių centrų, padidėja statistinė galia aptikti nuoseklias, mažai matomas elektrofiziologines žymes. Tai svarbu norint sukurti patikimus biomarkerius, kurie būtų tinkami pritaikymui klinikinėje praktikoje ir techniniuose sprendimuose.
„Įsivaizduokite smegenis kaip koncertų salę, pilną muzikantų prieš repeticiją,“ paaiškino tyrimo vadas, neurologas Moritz Gerster. „Kai kurios grupės groja kartu, sukurdamos aiškų ritmą. Kitos praktikuojasi savarankiškai ir įsilieja į neritmišką ‚triukšmą‘. Jei matuosite tik bendrą garsumą, praleisite šį skirtumą.“ Šis palyginimas iliustruoja, kodėl svarbu ne tik aptikti signalo stiprumą, bet ir atskirti jo ritmiškumą bei fazinę organizaciją.
Kaip signalas atitinka judesius
Atskyrus ritmišką aktyvumą nuo ne ritmiško šaudymo, komanda nustatė nuoseklius beta juostos oscilacijų ir neuroninio iššokimo (spiking) modelius, kurie koreliavo su motorinių sutrikimų sunkumu. Trumpai tariant: tam tikri ritmai giliai bazaliniuose ganglijuose patikimai atspindėjo, kiek stiprūs buvo paciento judesių sutrikimai ir kokios jų fazės. Šios koreliacijos neapsiribojo vien tik bendru EEG energijos padidėjimu — tyrėjai analizavo laiko-frekvencinius ryšius, fazės amplitudės jungtis, bei neuronų iššaudymo sinchronizaciją, kas suteikė daugiasluoksnį vaizdą apie patologinį aktyvumą.
Techniniu požiūriu, darbui buvo naudojami pažangūs signalų apdorojimo metodai: spektrinė analizė, filtravimas, artefaktų šalinimas, statistinė normalizacija tarp kanalų ir pusrutulių, taip pat mašininio mokymosi algoritmai, kurie padėjo identifikuoti pasikartojančius modelius tarp didelių duomenų rinkinių. Svarbu pažymėti, kad koreliacijos su klinikiniu sunkumu buvo patikrintos ir kontroliuojant vaistų poveikį, judesių bandymus bei kitus galimus trukdžius, todėl nustatyti ritmai atrodo labiau susiję su ligos motorine patologija nei su išorinėmis sąlygomis.
Tai yra reikšminga, nes šiandieninė giluminė smegenų stimuliacija (DBS) — pripažinta terapija kai kuriems Parkinsono ligos pacientams — dažniausiai naudoja nuolatinius elektrinius impulsus. Jei gydytojai galėtų nuolat stebėti smegenų aktyvumą realiu laiku ir stimuliuoti tik tuomet, kai atsiranda patologiniai ritmai, gydymas taptų ne tik tikslesnis, bet ir potencialiai efektyvesnis bei taupesnis baterijos atžvilgiu. Įsivaizduokite dirigentą, kuris pagaliau supranta, kurios instrumentų grupės yra iš ritmo ir nežymiai pakoreguoja jų tempą, kad vėl susiderintų.
Bazalinių ganglijų vieta smegenyse
Įtakos gydymui ir tyrimams
Tyrimo metodika — duomenų rinkinių jungimas ir tarp pusrutulių palyginimas to paties paciento ribose — sumažina konfounderius, tokius kaip pacientų įvairovė ir mišrūs simptomų profiliai. Dėl to identifikuoti ritmai tampa solidesniais kandidatų biomarkeriais adaptacinėms neuromoduliacijos sistemoms. Kuriant kitų kartų DBS įrenginius, šie biomarkeriai galėtų būti panaudoti kaip trigeriai: įrenginys stimuliuotų tik tada, kai užfiksuojama patologinė aktyvacija, o tai gali pagerinti motorinius rezultatus, sumažinti nepageidaujamus poveikius ir pailginti implantuotų baterijų tarnavimo laiką.
Be klinikinio taikymo, tokie elektrofiziologiniai žymenys gali pagreitinti prietaisų bandymus ir optimizavimą, padėti suformuoti geriau apibrėžtus klinikinius tyrimus bei sudaryti prielaidas individualizuotoms terapijoms, kurios reaguoja į paciento būklės svyravimus. Pavyzdžiui, pacientai su aiškiai nustatomais beta juostos biomarkeriais galėtų būti įtraukti į specializuotus tyrimus, skirtus adaptacinės DBS (closed-loop DBS) sistemos parametrams tobulinti. Tokios strategijos taip pat prisideda prie gydymo saugumo — stimuliacija, skirta tik patologinėms epizodams slopinti, mažina nereikalingą poveikį sveikai smegenų veiklai ir kartu gali sumažinti atminties, nuotaikos ar kognityvinių šalutinių reiškinių riziką.
Komanda savo rezultatus paskelbė žurnale eBioMedicine ir atkreipė dėmesį į tai, kad elektrofiziologiniai rodikliai gali padėti tobulinti klinikinius tyrimus, pagreitinti medicininių prietaisų vertinimą ir pritaikyti terapijas individualioms paciento poreikiams. Tokia atvira, duomenimis paremta strategija skatina bendradarbiavimą tarp neurologų, inžinierių, bioinformatikų ir reguliavimo institucijų, kad būtų sukurti saugūs, veiksmingi ir efektyvūs sprendimai pacientams.
Ką toliau?
Šių atradimų perkėlimas į kasdienę klinikinę praktiką reikalauja papildomų žingsnių: pirminiai rezultatai turi būti patvirtinti per prospektyvius klinikinius tyrimus, kuriuose būtų išbandyti ritmu valdytų stimuliavimo protokolai. Tai apima prietaisų programavimą, jautrumo slenksčių nustatymą, tarpinių parametrų optimizavimą bei ilgalaikį stebėjimą, kad būtų įvertintas terapijos poveikis laikui bėgant ir nustatyti galimi adaptacijos mechanizmai. Be to, reikalingi sudėtingi saugumo testai, siekiant užtikrinti, kad adaptyvi stimuliacija nesukeltų nenuspėjamų neurologinių ar psichikos sutrikimų.
Tyrėjams taip pat tenka spręsti techninius iššūkius: patikimo signalo fiksavimas ilgalaikiuose implantatuose, realaus laiko signalo apdorojimas ribotais skaičiavimo ištekliais, triukšmo ir artefaktų atmetimas judesių ar išorinės aplinkos poveikio atvejais, bei algoritmų, pritaikytų individualiems pacientams, kūrimas. Kūrybiški sprendimai apima hibridinius rodiklius (pvz., kombinuojant vietinį smegenų sinusinį aktyvumą su periferiniais jutikliais), adaptacinius mašininio mokymosi modelius, gebančius prisitaikyti prie laiko ir vaistų įtakos, bei energiją taupančias architektūras implantuotiems prietaisams.
Reguliavimo ir etikos klausimai taip pat svarbūs: adaptacinės sistemos, kurios automatiškai keičia smegenų stimuliaciją, reikalauja aiškių saugumo standartų, pacientų apsaugos ir atvirų sprendimų dėl duomenų privatumo. Galiausiai, pacientų ir klinikų mokymas bei nuolatinis grįžtamasis ryšys bus būtini norint integruoti naujas technologijas į realų klinikinį kontekstą.
Vis dėlto, parodydami patikimą Parkinsono motorinės disfunkcijos „parašą“, paslėptą smegenų elektriniame fone, šis tyrimas priartina adaptacinę neuromoduliaciją prie realybės. Tai suteikia pagrindo tolimesniems bandymams ir technologiniam vystymuisi, kurie potencialiai pakeis gydymo standartus pacientams su Parkinsono liga.
Gydytojams, inžinieriams ir pacientams ši atradimas kelia viltį: vietoje apytikslio, nuolatinio impulso skyrimo, galbūt netrukus galėsime reguliuoti stimuliaciją pagal pačių smegenų ritmus — girdėti signalą prieš veikdami ir taip gerinti gyvenimo kokybę.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą