Самонастраивающиеся мозговые имплантаты уменьшили симптомы болезни Паркинсона на 50%

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Medicine, предоставило многообещающие доказательства, что новая форма глубокой стимуляции мозга, известная как адаптивная глубокая стимуляция мозга (адаптивная DBS), эффективна в борьбе с симптомами болезни Паркинсона. В отличие от традиционных методов, этот подход регулирует уровень электрической стимуляции в режиме реального времени на основе активности мозга, что приводит к лучшему контролю симптомов и потенциально меньшему количеству побочных эффектов. В то же время адаптивный DBS может предложить более индивидуальное лечение для людей с болезнью Паркинсона.

Болезнь Паркинсона — это прогрессирующее неврологическое расстройство, которое влияет на двигательную способность, приводя к тремору, ригидности и трудностям с равновесием и координацией. Современные методы лечения включают в себя препараты, повышающие уровень дофамина в мозге, а также хорошо зарекомендовавший себя хирургический вариант — глубокую стимуляцию мозга (DBS).

Традиционная DBS включает в себя имплантацию электродов в определенные области мозга для обеспечения постоянной электрической стимуляции, которая может помочь облегчить симптомы, связанные с подвижностью. Тем не менее непрерывный характер этой стимуляции иногда может стать причиной нежелательных побочных эффектов, таких как непроизвольные движения.

Ограничения традиционной DBS возникают из-за того, что потребности мозга меняются со временем. Тяжесть симптомов болезни Паркинсона может колебаться в течение дня, в зависимости от таких факторов, как прием лекарств или активность, но стандартные системы DBS не могут адаптироваться к этим колебаниям.

Это означает, что пациенты могут испытывать периоды недостаточной или чрезмерной стимуляции. Осознавая эту проблему, исследователи стремились разработать более гибкий метод, который позволил бы динамически регулировать стимуляцию на основе активности мозга в реальном времени.

«Мы заинтересовались этой темой, потому что болезнь Паркинсона является распространенным неврологическим расстройством. Это второе по распространенности нейродегенеративное заболевание в мире, и со старением населения ожидается рост числа случаев, — объяснила автор исследования Карина Р. Эрн, доцент кафедры неврологической хирургии в Калифорнийском университете в Дэвисе. — Хотя DBS эффективна для лечения двигательных симптомов, она не всегда идеально работает для всех».

По ее словам, проблема заключается в том, что этот метод обеспечивает постоянный уровень стимуляции, хотя симптомы болезни Паркинсона могут меняться, особенно при смене лекарств. Это может привести к периодам слишком слабой или слишком сильной стимуляции. Если первое может вызвать замедленность или скованность, второе может привести к непроизвольным движениям.

«Это заставило нас задуматься о создании адаптивной системы DBS, которая подстраивается в режиме реального времени в соответствии с потребностями пациента, предлагая более эффективное и персонализированное управление симптомами», — сказала Эрн.

Исследование было разработано как небольшое технико-экономическое обоснование, чтобы проверить, может ли адаптивная DBS лучше контролировать симптомы болезни Паркинсона, чем традиционная. Четыре человека с болезнью Паркинсона, которые уже получали обычную DBS, приняли участие в исследовании. Участники, которые испытывали постоянные двигательные симптомы, несмотря на лечение DBS, были идеальными кандидатами для тестирования новой адаптивной системы.

Во-первых, каждый участник определил свой самый неприятный симптом, который не был полностью устранен с помощью обычного DBS. Эти симптомы варьировались от непроизвольных движений до трудностей с началом движения. Затем исследователи использовали персонализированный алгоритм для мониторинга активности мозга участников и выявления нейронных маркеров, связанных с этими двигательными симптомами.

Затем активность мозга участников регистрировалась во время выполнения ими различных повседневных действий. На основе этих данных был разработан алгоритм регуляции силы электростимуляции в режиме реального времени в зависимости от мозговой активности пациента. В течение нескольких месяцев адаптивная система DBS была тонко настроена под каждого человека.

Затем участников, как с традиционными, так и адаптивными системами DBS, отправили домой. Лечение чередовалось каждые несколько дней, что позволило исследователям сравнить эффекты двух систем в реальных условиях. Цель состояла в том, чтобы увидеть, может ли адаптивный DBS обеспечить лучший контроль над двигательными симптомами, пока участники ведут привычный образ жизни.

Было обнаружено, что адаптивная DBS значительно улучшает контроль участников над их наиболее неприятными симптомами, снижая тяжесть симптомов примерно на 50% по сравнению с обычной стимуляцией. Адаптивная система также помогла предотвратить чрезмерную стимуляцию, которая может привести к побочным эффектам, таким как непроизвольные движения или трудности с речью.

Несмотря на то что участникам не сказали, какой тип DBS они получают, трое из четырех участников смогли правильно определить, когда они были на адаптивном DBS, так как их состояние заметно улучшилось.  

«Главный вывод заключается в том, что адаптивная DBS может значительно улучшить способ лечения болезни Паркинсона, — сказала Эрн. — В отличие от обычной DBS, обеспечивающей постоянную стимуляцию, наша методика адаптирует стимуляцию к текущей активности мозга пациента, что приводит к лучшему контролю двигательных симптомов и предотвращению побочных эффектов. Этот подход знаменует собой важный шаг на пути к более персонализированному и гибкому лечению БП, с потенциалом улучшения качества жизни многих пациентов».

Особенно важным открытием стал нейронный сигнал, используемый для управления адаптивной системой DBS. В предыдущих исследованиях низкочастотная активность мозга, известная как бета-колебания, была идентифицирована как маркер болезни Паркинсона. Тем не менее исследователи обнаружили, что высокочастотная активность мозга, известная как гамма-колебания, более надежный индикатор усугубления или ослабевания двигательных симптомов. Это открытие позволило адаптивной системе DBS более эффективно вносить корректировки в режиме реального времени.

«Самым большим сюрпризом стал нейронный сигнал, который мы идентифицировали, и насколько он был надежен, когда мы передавали нейронные данные за пределы лаборатории, в то время как пациенты жили обычной повседневной жизнью, — сказала Эрн. — Этот сигнал надежно предсказывал, когда лекарство начало действовать, а когда его действие закончилось, что позволило нам соответствующим образом адаптировать стимуляцию».

Несмотря на то что результаты этого исследования являются многообещающими, ученые признают, что оно имеет несколько ограничений. Размер выборки был небольшим, в ней участвовали всего четыре человека. Результаты были значимыми для каждого человека, но потребуются более крупные клинические испытания, чтобы определить, эффективна ли адаптивная DBS для более широкой популяции людей с болезнью Паркинсона.

Еще одним ограничением является сложность используемой технологии. Для правильной работы адаптивной системы DBS требовалась тщательная калибровка и мониторинг со стороны высококвалифицированных врачей. Этот процесс настройки, который включал в себя идентификацию конкретных сигналов мозга для каждого пациента, был трудоемким и требовал месяцев доработки.

«Технология требовала специализированной калибровки и мониторинга, что могло задержать ее широкое клиническое использование, — отметила Эрн. — И хотя мы успешно применили адаптивную DBS в реальных условиях, необходимо проделать дополнительную работу, чтобы эта технология оставалась эффективной и безопасной для долгосрочного использования».

«В долгосрочной перспективе моя цель состоит в том, чтобы усовершенствовать адаптивную DBS, чтобы ее можно было персонализировать для каждого пациента, обращаясь не только к моторным симптомам, но и к таким, как настроение и когнитивные способности, которые часто упускаются из виду при лечении болезни Паркинсона, — говорит Эрн. — Мы также надеемся распространить этот подход за пределы болезни Паркинсона, на другие неврологические и психиатрические состояния».

Другие исследования показали, что высокий уровень жира в определенных областях тела, таких как живот и руки, увеличивает вероятность развития болезней нейродегенеративного характера, включая болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, в то время как более выраженный объем мышечной массы может снизить этот риск. Наблюдение более чем 400 тыс. человек в течение девяти лет позволило ученым подчеркнуть важность состава тела для предотвращения таких заболеваний и возможную пользу от целенаправленных мероприятий.