В исследовании, опубликованном 3 мая в журнале Nature Biotechnology, ученые Института нейронаук имени Вейля UCSF имплантировали новые устройства нейростимуляции, которые отслеживают активность мозга в течение многих месяцев, с терапией глубокой стимуляции мозга (DBS) и без нее.

Сопоставив записи с носимых мониторов движения, они выявили паттерны активности мозга, соответствующие специфическим двигательным нарушениям, связанным с болезнью Паркинсона.

Их исследование представляет собой первое доказательство давно выдвинутой гипотезы о том, что симптомы болезни Паркинсона связаны с беспорядочными волнами мозга, и демонстрирует, как DBS восстанавливает порядок в мозговых волнах пациента.

"Мы можем записывать сотни часов активности мозговых волн по беспроводной связи, пока пациенты занимаются обычными делами", - сказал Филип Старр, доктор медицины, доктор философии, профессор неврологической хирургии Долорес Кейкбред в UCSF и старший автор исследования. "Это позволяет нам, действительно впервые, понять мозговую активность, стоящую за конкретными неврологическими проблемами, когда они происходят в реальном мире".

По данным Фонда Паркинсона, ежегодно болезнь Паркинсона диагностируется примерно у 60 000 американцев. Точная причина болезни Паркинсона неизвестна, но у всех пациентов наблюдается снижение уровня дофамина - нейромедиатора, регулирующего мотивацию в мозге.

Уже давно подозревается, что неустойчивые формы мозговых волн также играют роль в возникновении симптомов болезни Паркинсона. Предыдущие исследования по мониторингу волновой активности мозга пациентов с болезнью Паркинсона были ограничены короткими периодами в клинических условиях. Это значительно ограничивает количество данных, доступных для анализа, и дает ограниченное представление о мозговой активности пациента, которая циклически меняется в течение дня.

Старр и ведущий автор исследования Рои Гилрон, доктор философии, постдокторант кафедры неврологической хирургии, попытались получить более полную картину. Они имплантировали небольшие датчики, измеряющие электрическую активность, в субталамус и моторную кору головного мозга пяти пациентов с болезнью Паркинсона. Эти датчики были подключены к генераторам импульсов, позволяющим ощущать активность мозга. Это позволило непрерывно регистрировать активность мозга, пока пациенты занимались своими повседневными делами.

Месяцы записей позволили получить огромное количество данных. Чтобы разобраться во всем этом, исследователи разработали алгоритм для сравнения активности мозговых волн с данными, записанными с устройств для определения движений, которые пациенты носили на запястье.

Они обнаружили, что периоды дискинезии (чрезмерного движения, вызванного лекарствами) и брадикинезии соответствуют преувеличенным мозговым волнам в определенных частотных диапазонах, как в субталамусе, так и в моторной коре.

После нескольких месяцев записей и анализа исследователи пошли дальше и измерили эффект DBS на пациентов. DBS подает электрические импульсы в мозг и уже давно используется для облегчения симптомов болезни Паркинсона, но почему она работает, ранее не было понятно.

Это исследование показало, что глубокая стимуляция мозга улучшает симптомы болезни Паркинсона за счет регулирования неустойчивой структуры мозговых волн пациентов, частично подавляя волны более низкой частоты, которые препятствуют движению, и регулируя волны более высокой частоты, которые способствуют движению.

Предыдущие исследования с использованием имплантированных систем записи не могли зарегистрировать влияние активной стимуляции на волновую активность мозга, поскольку электрические сигналы, создаваемые стимуляцией, вызывали помехи при записи.

Это показывает, что Болезнь Паркинсона - это дегенеративное неврологическое заболевание, которое вызывает медленные движения (брадикинезию), затруднения при ходьбе, тремор, а также симптомы, не связанные с движением.

В новом исследовании Гилрон и его коллеги разработали обходной путь, используя тот же принцип, который применяется в наушниках с шумоподавлением. Сместив электрические волны, создаваемые стимуляцией, исследователи смогли сделать так, чтобы сигналы отменяли друг друга, что позволило точно регистрировать мозговые волны с помощью записывающего провода.

"Мы впервые смогли измерить влияние непрерывной стимуляции на мозговые волны", - сказал Гилрон. "До этого мы проводили глубокую стимуляцию мозга сотням тысяч пациентов, не имея возможности отслеживать непосредственный эффект. Это было все равно, что пытаться лечить кровяное давление, не измеряя его".

Эти обширные результаты помогают прояснить некоторые факторы, лежащие в основе болезни Паркинсона, но у каждого пациента с болезнью Паркинсона, скорее всего, будут свои уникальные колебания мозговых волн. Исследователи говорят, что именно поэтому непрерывная нейронная запись так важна для успешного лечения.

Огромный массив данных, накопленный в результате записи пациентов, помогает выявить мельчайшие особенности мозговых волн, которые коррелируют с симптомами болезни Паркинсона. При правильном анализе можно предугадать появление симптомов болезни Паркинсона и скорректировать паттерны мозговых волн, когда симптомы проявятся.

"Это словно космический телескоп Хаббл", - сказал Гилрон. "До него мы могли рассматривать ночное небо, но Хаббл позволил нам увидеть гораздо больше деталей и объемов, и это привело к уникальным открытиям. Я надеюсь, что эта техника также будет работать".

Следующий шаг исследователей - рандомизированное клиническое исследование с участием 10 пациентов. Исследователи считают, что это значительно ускорит процесс индивидуализации лечения болезни Паркинсона, поскольку новые алгоритмы выявления симптомов могут быть опробованы немедленно, в отличие от лет, а иногда и десятилетий, затрачиваемых на разработку новых лекарств.

По словам исследователей, полученные результаты также имеют потенциал не только в отношении болезни Паркинсона. Многочисленные неврологические расстройства, связанные с неустойчивой волновой активностью мозга, такие как эпилепсия, хроническая депрессия и хроническая боль, вероятно, можно лечить таким же образом - с помощью мониторинга активности мозга в режиме реального времени и персонализированной нейромодуляции.

"Мы рассматриваем популяцию пациентов с болезнью Паркинсона как способ развития этой платформы", - говорит Старр. "Надеюсь, она будет использоваться при заболеваниях, для лечения которых в настоящее время не существует эффективных методов стимуляции". 

Перевод: Агеева Александра