Глубокая стимуляция мозга (DBS) может обеспечить немедленные улучшения силы рук и пальцев у людей с травмами мозга или инсультом, согласно исследованию, проведенному учеными Медицинской школы Университета Питтсбурга, опубликованному в Nature Communications.
Обнадеживающие результаты обширных испытаний на обезьянах и людях открывают путь для новой клинической применения этой широко используемой технологии стимуляции мозга и предлагают понимание нейронных механизмов, лежащих в основе двигательных дефицитов, вызванных травмами мозга.
Паралич рук и пальцев значительно влияет на качество жизни миллионов людей по всему миру. В настоящее время эффективные решения отсутствуют для пациентов, перенесших инсульт или травму мозга, но наблюдается растущий интерес к использованию нейротехнологий, которые стимулируют мозг для улучшения моторных функций верхних конечностей.
Доктор Эльвира Пирондини, главный автор и корреспондент, доцент физической медицины и реабилитации в Питт, заявила: "Глубокая стимуляция мозга изменила жизнь многих пациентов. Теперь, благодаря постоянным достижениям в безопасности и точности этих устройств, DBS исследуется как многообещающий вариант для помощи выжившим после инсульта в восстановлении их моторных функций."
Травмы мозга, вызванные тяжелой травмой или инсультом, могут нарушить нейронные связи между моторной корой, ключевой областью мозга, необходимой для контроля произвольного движения, и мышцами, что приводит к двигательным дефицитам, включая частичный или полный паралич рук и пальцев.
Чтобы активировать существующие, но ослабленные связи, исследователи предложили использовать DBS, хирургическую процедуру, которая включает установку небольших электродов в определенные области мозга для подачи электрических импульсов, регулирующих аномальную мозговую активность. За последние несколько десятилетий DBS произвела революцию в лечении неврологических заболеваний, таких как болезнь Паркинсона, обеспечивая способ контроля симптомов, которые когда-то было трудно контролировать только с помощью медикаментов.
Следуя примеру другого успешного проекта Питта, который использовал электрическую стимуляцию спинного мозга для восстановления функции руки у людей, пострадавших от инсульта, ученые выдвинули гипотезу, что стимуляция моторного таламуса, структуры, расположенной глубоко в мозге и являющейся ключевым центром реле для контроля движения, с помощью DBS может помочь восстановить движения, важные для повседневной жизни, такие как захват объектов. Однако, поскольку эта теория ранее не была протестирована, сначала ее нужно было проверить на обезьянах, у которых нейронные связи между моторной корой и мышцами аналогичны человеческим.
Чтобы понять, как глубокая стимуляция мозга моторного таламуса помогает улучшить произвольное движение рук и уточнить конкретное место имплантации и оптимальную частоту стимуляции, исследователи имплантировали одобренное FDA устройство стимуляции в обезьян с травмами мозга, которые затрудняли использование их рук.
Как только стимуляция была активирована, значительно улучшилась активация мышц и сила захвата. Важно отметить, что не было замечено непроизвольных движений.
Чтобы проверить, может ли процедура принести пользу людям, те же параметры стимуляции были использованы на пациенте, которому собирались имплантировать DBS в моторный таламус для помощи с дрожанием рук, вызванным тяжелой травмой мозга в результате автомобильной аварии, которая привела к тяжелому параличу обеих рук.
Как только стимуляция была повторно активирована, амплитуда и сила движения рук немедленно улучшились: участник смог поднять умеренно тяжелый вес и более эффективно и плавно достигать, захватывать и поднимать стакан, чем без стимуляции.
Чтобы помочь внедрить эту технологию большему числу пациентов в клинике, исследователи сейчас работают над тестированием долгосрочных эффектов глубокой стимуляции мозга и определением того, может ли хроническая стимуляция дополнительно улучшить функции рук и пальцев у людей, пострадавших от травм мозга или инсульта.
Другие авторы этого исследования включают Джонатана Хо, BS, Эринн Григсби, Ph.D., Арианну Дамяни, MS, Люси Лианг, MS, Хосепа-Марию Балагера, MS, Сридула Каллакури, Лили Танг, BS, Джессику Барриос-Мартинес, MD, Вагана Карапетяна, MD, Ph.D., Дарила Филдса, MD, Ph.D., Питера Герштена, MD, Т. Кевина Хитченса, Ph.D., MBA, Теодору Константин, PA-C, Грегори Адамса, BS, Дональда Краммонда, Ph.D. и Марко Капогроссо, Ph.D., все из Питта.
Это исследование было поддержано внутренним финансированием от кафедр физической медицины и реабилитации и нейрохирургии Питта. Фонд Уолтера Л. Копленда, Фонд Хамот Хелс и Национальные институты здоровья предоставили дополнительное финансирование (R01NS122927-01A1).