Naukowcy z Uniwersytetu w Pittsburghu podają, że głęboka stymulacja mózgu (DBS) może skutecznie poprawić funkcje motoryczne u osób z paraliżem ramion i dłoni na skutek urazów mózgu, co potwierdzają obiecujące wyniki wczesnych badań na ludziach i małpach.
Naukowcy z Wydziału Medycyny Uniwersytetu w Pittsburghu wykazali, że głęboka stymulacja mózgu może natychmiast poprawić siłę i funkcję ramion i dłoni osłabioną urazem mózgu lub udarem.
Wstępne badania na małpach i człowieku przyniosły obiecujące wyniki, otwierając drogę do nowego zastosowania klinicznego szeroko stosowanej już technologii stymulacji mózgu i oferując wgląd w mechanizmy nerwowe leżące u podstaw deficytów ruchowych spowodowanych uszkodzeniem mózgu.
„Paraliż ramion i dłoni znacząco wpływa na jakość życia milionów ludzi na całym świecie” – stwierdziła starsza autorka i współautorka dr Elvira Pirondini, adiunkt medycyny fizycznej i rehabilitacji w Pitt. „Obecnie nie mamy skutecznych rozwiązań dla pacjentów, którzy przeszli udar mózgu lub urazowe uszkodzenie mózgu, ale rośnie zainteresowanie wykorzystaniem neurotechnologii stymulujących mózg do poprawy funkcji motorycznych kończyn górnych”.
Naukowcy ogłosili swoje odkrycia w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza.
Połączenia neuronowe i sterowanie silnikiem
Uszkodzenia mózgu spowodowane poważnym urazem mózgu lub udarem mogą zakłócać połączenia nerwowe między korą ruchową – kluczowym obszarem mózgu niezbędnym do kontrolowania dobrowolnych ruchów – a mięśniami. Osłabienie tych połączeń uniemożliwia skuteczną aktywację mięśni i skutkuje deficytami ruchowymi, w tym częściowym lub całkowitym paraliżem ramion i dłoni.
Głęboka stymulacja mózgu: obiecujące rozwiązanie
Aby pobudzić aktywację istniejących, ale osłabionych połączeń, badacze zaproponowali zastosowanie głębokiej stymulacji mózgu (DBS), czyli zabiegu chirurgicznego polegającego na umieszczeniu maleńkich elektrod w określonych obszarach mózgu w celu dostarczenia impulsów elektrycznych regulujących nieprawidłową aktywność mózgu. W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci DBS zrewolucjonizowało leczenie schorzeń neurologicznych, takich jak choroba Parkinsona, umożliwiając kontrolowanie objawów, które kiedyś były trudne do opanowania za pomocą samych leków.
„DBS zmieniło życie wielu pacjentów. Obecnie, dzięki ciągłym postępom w zakresie bezpieczeństwa i precyzji tych urządzeń, bada się DBS jako obiecującą opcję pomagającą osobom po udarze w odzyskaniu funkcji motorycznych” – powiedział starszy autor i kierownik chirurgii projektu, lekarz Jorge González-Martínez, Doktor, profesor i wiceprzewodniczący neurochirurgii oraz dyrektor programu leczenia padaczki i zaburzeń ruchowych w Pitt. „Daje nową nadzieję milionom ludzi na całym świecie”.
Innowacyjne zastosowania DBS w rehabilitacji po udarze
Czerpiąc wskazówki z innego udanego projektu Pitta, w którym wykorzystano elektryczną stymulację rdzenia kręgowego do przywrócenia funkcji ramion u osób po udarze, naukowcy postawili hipotezę, że stymulacja wzgórza ruchowego – struktury zagnieżdżonej głęboko w mózgu, która działa jako kluczowy ośrodek przekaźnikowy kontroli ruchu – zastosowanie DBS może pomóc w przywróceniu ruchów niezbędnych do wykonywania codziennych zadań, takich jak chwytanie przedmiotów. Ponieważ jednak tej teorii nie testowano wcześniej, należało najpierw przetestować ją na małpach, które jako jedyne mają taką samą organizację połączeń między korą ruchową a mięśniami jak ludzie.
Badania kliniczne i zastosowanie u ludzi
Aby zrozumieć mechanizm, w jaki DBS wzgórza ruchowego pomaga poprawić dobrowolny ruch ramienia oraz aby określić konkretną lokalizację implantu i optymalną częstotliwość stymulacji, badacze wszczepili zatwierdzone przez FDA urządzenie stymulujące małpom, które miały zmiany w mózgu wpływające na skuteczność używać rąk.
Już po włączeniu stymulacja znacznie poprawiła aktywację mięśni i siłę chwytu. Co ważne, nie zaobserwowano żadnego mimowolnego ruchu.
Aby sprawdzić, czy zabieg ten może przynieść korzyści ludziom, zastosowano te same parametry stymulacji u pacjenta, u którego zaplanowano wszczepienie DBS do wzgórza ruchowego w celu złagodzenia drżenia ramion spowodowanego uszkodzeniem mózgu w wyniku poważnego wypadku samochodowego, który zakończył się poważnym paraliżem oba ramiona.
Gdy tylko stymulacja została włączona ponownie, zakres i siła ruchu ramion natychmiast uległy poprawie: uczestnik był w stanie podnieść umiarkowanie duży ciężar oraz sięgnąć, chwycić i podnieść kubek do picia wydajniej i płynniej niż bez stymulacji.
Przyszłe kierunki leczenia neurologicznego
Naukowcy pracują obecnie nad udostępnieniem tej technologii większej liczbie pacjentów w klinice pracujący w celu przetestowania długoterminowych skutków DBS i ustalenia, czy przewlekła stymulacja może jeszcze bardziej poprawić funkcję ramion i dłoni u osób dotkniętych urazowym uszkodzeniem mózgu lub udarem.
Odniesienie: „Wzmocnienie wydajności korowo-rdzeniowej poprzez ukierunkowaną stymulację elektryczną wzgórza ruchowego” Jonathana C. Ho, Erinn M. Grigsby, Arianna Damiani, Lucy Liang, Josep-Maria Balaguer, Sridula Kallakuri, Lilly W. Tang, Jessica Barrios -Martinez, Vahagn Karapetyan, Daryl Fields, Peter C. Gerszten, T. Kevin Hitchens, Theodora Constantine, Gregory M. Adams, Donald J. Crammond, Marco Capogrosso, Jorge A. Gonzalez-Martinez i Elvira Pirondini, 31 września 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-52477-1
Badania te są finansowane ze środków wewnętrznych z wydziałów medycyny fizycznej i rehabilitacji oraz chirurgii neurologicznej w Pitt. Dodatkowe fundusze zapewniły Fundacja Waltera L. Copelanda, Fundacja Hamot Health oraz Fundacja Narodowe Instytuty Zdrowia (R01NS122927-01A1).
