Studio dell'attività oscillatoria dei nuclei della base per ottimizzare l'effetto della stimolazione cerebrale profonda nella malattia di Parkinson

Background: Parkinson’s disease (PD) is the second most common neurodegenerative disorder and is characterized by the loss of dopaminergic neurons in the Substantia Nigra pars compacta, which leads to the main clinical manifestations. Recent evidence has shown that the depletion of dopamine leads to abnormal oscillatory activity within the beta frequency range (13-30 Hz) of the basal ganglia. This abnormal activity is closely linked to the motor symptoms of the disease and can be supressed by deep brain stimulation (DBS). DBS is the primary surgical treatment for patients with advanced PD. developing motor complications and symptoms are not effectively controlled by oral medications. The new Medtronic PerceptTM PC DBS system enables the recording of abnormal electrical activity in the basal ganglia (local field potentials-LFPs) potentially guiding the therapeutic approach. Objectives: This study aims to assess the efficacy of LFPs recordings in optimizing DBS programming for PD patients, with the ultimate goal of providing personalized treatment approaches. Furthermore, examining pathological oscillatory activity is crucial for gaining a deeper understanding of the role basal ganglia's role in the pathophysiology of PD. Materials and methods: Nine patients with advanced PD were clinically evaluated before, three weeks and 6-12 months after DBS surgery of the subthalamic nucleus (STN – five subjects) or globus pallidus internus (Gpi – four patients). Motor symptoms were assessed with the third section of the MDS-UPDRS and with H&Y scale. All patients were implanted with the Medtronic Percept™ PC and quadripolar sensing-enabled directional leads (B33005). The Brainsense Survey function was used to record LFPs in all patients after DBS surgery. The frequency and peak amplitude in the beta band range (13-30 Hz) were then evaluated. Results: After surgery, all patients showed a statistically significant improvement in the MDS-UPDRS III scores and a reduction in LEDD at the >6 months follow-up. However, there have been no significant variations observed in H&Y scores. The beta peak was identified in 32 LFP recordings (88,9%). These peaks were evenly distributed across both the low beta sub-band (13-19 Hz) and the high beta sub-band (20-30 Hz). Furthermore, the peaks exhibited stability in both frequency and power. The lead contacts showing the highest beta peak corresponded to the location with the highest therapeutic window and corresponded to the levels chosen for chronic stimulation according to the monopolar review. Conclusions: DBS is a highly effective surgical treatment for managing symptoms in advanced PD. The majority of patients exhibit pathological oscillatory activity in the beta frequency bandof LFPs recorded in the target nuclei. The electrode contacts showing the most prominent beta peak corresponded in most cases to those selected clinically based on traditional programming methods. This could shorten the programming times, and provide patients personalized therapies, represents a significant advancement in the field of DBS, but multicenter studies are necessary to confirm the utility of LFP recordings in the clinical practice.

Presupposti: La malattia di Parkinson (MP) rappresenta la seconda patologia neurodegenerativa più comune al mondo ed è caratterizzata dalla degenerazione dei neuroni dopaminergici della substantia nigra pars compacta che è responsabile delle principali manifestazioni cliniche. Recenti evidenze hanno dimostrato che la deplezione dopaminergica determina un’anormale attività oscillatoria nella banda di frequenza beta (13-30 Hz) dei nuclei della base che è correlata ai sintomi motori della malattia e che viene soppressa dalla stimolazione cerebrale profonda (DBS). La DBS è il trattamento chirurgico più diffuso nei pazienti affetti da MP in fase avanzata che sviluppano complicanze motorie ed in cui i sintomi non sono più adeguatamente controllati dalla terapia farmacologica orale. Il nuovo sistema DBS Medtronic PerceptTM PC con tecnologia BrainSense permette di registrare l’attività elettrica anormale dei nuclei della base sotto forma di local field potentials (LFPs) per guidare la strategia terapeutica. Obiettivi: Questo elaborato si pone l’obiettivo di valutare l’efficacia della registrazione degli LFPs per ottimizzare la programmazione della DBS nella MP e per garantire al paziente un trattamento personalizzato. Inoltre, lo studio dell’attività oscillatoria patologica è fondamentale per comprendere al meglio il ruolo dei nuclei della base nella fisiopatologia della MP. Materiali e metodi: Nove pazienti affetti da MP avanzata sono stati valutati clinicamente prima, 3 settimane e 6-12 mesi dopo l’intervento di DBS del nucleo subtalamico (STN - cinque pazienti) o del globus pallidus interno (Gpi - quattro pazienti). I sintomi motori sono stati valutati utilizzando la terza sezione del MDS-UPDRS insieme alla scala H&Y. Per l'impianto, è stato utilizzato il sistema Medtronic Percept™ PC e sono state utilizzate sonde direzionali quadripolari abilitate alla rilevazione (B33005). La registrazione è stata eseguita tramite la funzione Brainsense Survey su tutti i pazienti dopo l'intervento di DBS al fine di raccogliere la frequenza e l'ampiezza di picco nell'intervallo di banda beta (13-30 Hz). Per l’elaborazione dei dati è stato utilizzato Matlab. Risultati: Dopo l'intervento, tutti i pazienti hanno mostrato un miglioramento statisticamente significativo nei punteggi totali del MDS-UPDRS III e una riduzione della LEDD al follow-up a più di 6 mesi. Invece, lo stadio della malattia definito dal punteggio H&Y non ha avuto variazioni significative. Il picco beta è stato riscontrato in 32 registrazioni degli LFPs (88,9%). I picchi erano uniformemente distribuiti tra la sotto-banda low beta (13-19 Hz) e high beta (20-30 Hz) e si sono dimostrati stabili sia in termini di frequenza che di potenza. I contatti che mostravano i picchi beta hanno dimostrato di corrispondere in modo significativo ai contatti scelti per la stimolazione cronica tramite la monopolar review e le procedure di programmazione standard. Conclusioni: La DBS è un trattamento chirurgico efficace per il controllo dei sintomi nella MP avanzata. La maggior pare dei pazienti si caratterizza per la presenza di un’attività elettrica patologica nella banda beta dei nuclei della base e la possibilità di registrare tale attività si è dimostrata utile per ottimizzare la programmazione della stimolazione permettendo di selezionare il contatto clinicamente più efficace e in tempi più brevi rispetto ai metodi classici. La personalizzazione della terapia rappresenta un importante progresso nel campo della DBS ma sono necessari studi multicentrici per confermare l'utilità clinica della registrazione dell’attività elettrica neuronale.