Căi de traducere Stimularea creierului profund
Michael R. Gionfriddo
1 școală absolventă Mayo, Centrul Clinic Mayo pentru activități de știință translațională, Rochester, Minnesota, SUA
Alexandra J. Greenberg
1 școală absolventă Mayo, Centrul Clinic Mayo pentru activități de știință translațională, Rochester, Minnesota, SUA
Abhijeet L. Wahegaonkar
2 cercetător post-doctorand, student la masterat CTSA, Clinica Mayo, Rochester, Minnesota, SUA
Kendall H. Lee
3 profesor asociat de neurochirurgie și fiziologie, Departamentul de neurochirurgie, Colegiul de Medicină, Clinica Mayo, Rochester, Minnesota, SUA
Abstract
Stimularea electrică a creierului are o istorie de 2000 de ani. Stimularea profundă a creierului (DBS), o formă de neurostimulare, este o abordare neurochirurgicală funcțională în care un curent electric de înaltă frecvență stimulează structurile cerebrale vizate pentru un beneficiu terapeutic. Este un tratament eficient pentru anumite tulburări ale mișcării neuropatologice și o terapie emergentă pentru afecțiuni psihiatrice și epilepsie. Călătoria sa de translație nu a urmat calea tipică de la bancă la pat, ci a inversat procesul. Trecerea de la remedii folclorice antice și medievale la practica medicală acceptată a început cu descoperiri independente despre electricitate în secolul al XIX-lea și a fost încurajată de progresele tehnologice din secolul al XX-lea. În această lucrare, revizuim acea călătorie și discutăm despre modul în care încercarea de a-și extinde aplicațiile și de a îmbunătăți rezultatele ia DBS de pe noptieră înapoi pe bancă.
Ce este stimularea creierului profund?
Stimularea profundă a creierului (DBS), un tip de neuromodulare, este o abordare neurochirurgicală funcțională de restaurare care a fost stabilită ca o terapie eficientă pentru tremor esențial, 1 distonie, 2 și tulburările de mișcare asociate cu boala Parkinson (PD). 3 DBS este, de asemenea, o terapie emergentă pentru depresie, 4, 5, 6 tulburare obsesiv-compulsivă (TOC), 7, 8 și epilepsie. 9, 10, 11 Peste 80.000 12 persoane au fost implantate cu succes cu dispozitive DBS în întreaga lume; se așteaptă ca acest număr să crească dramatic.
Sistemele DBS actuale utilizează un tren de impulsuri continuu, de înaltă frecvență (100-250 Hz) aplicat unui electrod de stimulare implantat chirurgical. 13 Procedura presupune obținerea coordonatelor stereotactice pentru structura țintă dintr-un software care îmbină imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) a creierului pacientului cu un atlas cerebral. În timpul intervenției chirurgicale, înregistrarea microelectrodului verifică o traiectorie către țintă utilizând activitatea neuronală specifică regiunii ca repere funcționale. 14 Odată verificat, microelectrodul este retras, un electrod de stimulare implantat, fixat pe craniu și conectat subcutanat la un generator de impulsuri implantat în zona toracică (Figura (Figura 1). 1). După recuperare, este inițiată stimularea și parametrii optimi de stimulare (amplitudine, frecvență, lățimea pulsului și contactul activ) sunt determinați empiric.
Ilustrarea electrozilor de stimulare a creierului profund. Ilustrația apare datorită lui David Cheney.
DBS este doar o formă de neuromodulare. Altele includ stimularea magnetică transcraniană, terapia electroconvulsivă și stimularea cortexului motor. Stimularea electrică a fost, de asemenea, utilizată în experimentele timpurii destinate localizării funcției creierului și continuă să fie utilizată în procedurile neurochirurgicale care necesită cartografierea creierului. DBS diferă de acestea prin faptul că structurile țintă sunt adânci în creier, cum ar fi talamusul și globul palid. DBS, așa cum o știm astăzi, a apărut din neurochirurgia funcțională stereotactică care vizează ablația zonelor vizate considerate a contribui la patologia dischineziei și tremurului în PD. Aici trecem în revistă călătoria translațională a DBS de la un remediu anecdotic la un instrument terapeutic acceptat și discutăm câteva obstacole rămase în calea aplicării acestuia.
Traducerea descoperirilor științifice și a inovațiilor tehnologice în tratament
Stimularea electrică a sistemului nervos în scop terapeutic are o istorie lungă. În 46 d.Hr. Scribonius Largus, un medic roman, a recomandat aplicarea peștelui electric pe capul pacienților pentru a ameliora durerile de cap. 15, 16, 17 Această practică pentru durerile de cap și alte boli, cum ar fi hemoroizii, guta și epilepsia, a continuat până în anii 1700. Cu toate acestea, abia la sfârșitul anilor 1900 a început cu adevărat calea pentru traducerea DBS de la bancă la pat. Vedeți Figura Figura 2 2 pentru o cronologie care evidențiază evenimentele majore din calea traducerii DBS.
Cronologie care evidențiază evenimente majore în calea traducerii stimulării cerebrale profunde (DBS). PD, boala Parkinson; CT, tomografie computerizată.
Investigații timpurii asupra funcției creierului
Cartarea funcției creierului și legarea activității electrice din creier de boală
De la modele animale la pacienți: o chestiune de etică
Pierdut în traducere
În 1882, Ezio Sciamanna a experimentat pe Ferdinando Rinalducci, un pacient cu un traumatism cerebral. 19, 20 El a stimulat electric diferite părți ale țesutului cerebral expus al lui Rinalducci și a provocat diverse contracții musculare bazate pe locul și intensitatea stimulării. Pacientul a murit după patru zile de experimentare, cu toate acestea, spre deosebire de experimentele lui Bartholow, a existat puțină reacție internațională, posibil pentru că raportul a fost publicat în limba italiană într-un jurnal puțin cunoscut. 19 În anul următor, Alberto Alberti a început să-și conducă experimentele pe Severo Velo, un epileptic. 20 Aceste experimente ar continua timp de 8 luni, timp în care Alberti ar stimula, la fel ca cele dinaintea lui, creierul pacientului cu curent electric și ar observa contracțiile musculare rezultate.