Мультифрактальные характеристики нейронной активности бледного шара у больных с дистонией
- Авторы: Джалагония И.З.1, Семенова Ю.Н.1, Гамалея А.А.2, Томский А.А.2, Shaikh A.3, Седов А.А.1
-
Учреждения:
- Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
- Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко
- Кафедра неврологии, Университет Кейс Вестерн Резерв
- Выпуск: Том 18, № 4 (2023)
- Страницы: 661-663
- Раздел: Материалы конференции
- Статья получена: 15.11.2023
- Статья одобрена: 16.11.2023
- Статья опубликована: 15.12.2023
- URL: https://genescells.ru/2313-1829/article/view/623402
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623402
- ID: 623402
Цитировать
Полный текст
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Аннотация
Дистония — двигательное нарушение, при котором наблюдается непроизвольное сокращение мышц, приводящее к неестественным позам, в отдельных случаях сопровождающееся дистоническим тремором. Одним из характерных дистонических поз является непроизвольный тонический наклон или поворот головы. На данный момент этиология и патогенез заболевания остаются на уровне гипотез. В настоящее время единственным потенциальным биомаркером патологической активности при дистонии считаются низкочастотные (тета-альфа) осцилляции в бледном шаре. Важно отметить, что у многих пациентов с дистонией в базальных ганглиях не наблюдается ритмическая нейронная активность, что делает невозможным использование этого биомаркера для хирургического лечения заболевания. Остаётся также неясным, за счёт каких механизмов происходят перестройки во временной организации паттернов нейронной активности, приводящие к возникновению патологической симптоматики.
Мы предполагаем, что возникновение подобных патологических ритмов связано с потерей динамической сложности паттерна нейронной активности бледного шара. В настоящем проекте мы предлагаем использовать мультифрактальный анализ для оценки связи изменений динамической сложности паттерна нейронной активности бледного шара с клиническими проявлениями дистонии.
Нами была проанализирована нейронная активность бледного шара у 23 пациентов, проходящих стандартную операцию по вживлению электрода по глубинной стимуляции мозга (DBS). Для уточнения локализации внешнего (GPe) и внутреннего (GPi) сегментов бледного шара производилась интраоперационная регистрация активности одиночных нейронов с помощью техники микроэлектродной регистрации и регистрация локальных потенциалов (LFP). У 4 пациентов производилась дополнительная постоперационная запись LFP, во время которой была проведена стимуляция DBS и воздействие на мышцы шеи вибрацией. Каждый пациент проходил осмотр неврологом для определения тяжести заболевания по шкале Burke-Fahn-Mardsen Dystonia Rating Scale (BFMDRS). Мы вычисляли мультифрактальный спектр локальных потенциалов бледного шара с помощью метода максимумов модулей вейвлет-преобразования и оценивали связь его параметров (ширины и симметричности) с клиническими проявлениями дистонии и эффектом от DBS стимуляции и вибрации шейных мышц.
Мы использовали программный пакет LEAD DBS для постоперационной реконструкции положения стимулирующих DBS электродов и моделирования зоны стимуляции, выбранной неврологом в качестве оптимальной (volume of tissue activated — VTA). Затем мы локализовали область с наибольшим изменением параметров мультифрактального спектра в ответ на тестовую DBS стимуляцию, чтобы посмотреть, как эта область соотносится с оптимальной VTA.
Всего было проанализировано 745 записей локальных потенциалов (433 в GPe и 312 в GPi). Мы обнаружили, что параметры мультифрактального спектра коррелировали с тяжестью дистонии (rho: –0,5180609, p=0,01133 для GPi и rho: –0,5630882, p=0,005149 для GPe), при этом с нарастанием тяжести дистонии по шкале BFMDRS мультифрактальный спектр становился уже и асимметричнее. Также в постоперационных записях мы обнаружили изменение формы мультифрактального спектра во время DBS стимуляции или вибрации — в ответ на воздействия мультифрактальный спектр становился более широким, и его симметрия восстанавливалась. Мы локализовали область с наибольшим изменением ширины мультифрактального спектра в ответ на DBS и обнаружили, что эта область значительно перекрывается или полностью совпадает с зоной, выбранной неврологом в качестве оптимальной для DBS стимуляции.
Мы показали, что можно использовать мультифрактальный анализ как дополнительный метод оценки степени нарушения обратной проприоцептивной связи и как биомаркер дистонии. Высокая и достоверная корреляция с тяжестью дистонии указывает на высокий потенциал характеристик мультифрактального спектра в качестве потенциального биомаркера дистонии. Также пересечение областей с наилучшим эффектом DBS и наибольшим изменением ширины мультифрактального спектра при DBS позволяют использовать данный параметр в качестве уточняющего для выявления оптимальной области DBS стимуляции.
Ключевые слова
Полный текст
Дистония — двигательное нарушение, при котором наблюдается непроизвольное сокращение мышц, приводящее к неестественным позам, в отдельных случаях сопровождающееся дистоническим тремором. Одним из характерных дистонических поз является непроизвольный тонический наклон или поворот головы. На данный момент этиология и патогенез заболевания остаются на уровне гипотез. В настоящее время единственным потенциальным биомаркером патологической активности при дистонии считаются низкочастотные (тета-альфа) осцилляции в бледном шаре. Важно отметить, что у многих пациентов с дистонией в базальных ганглиях не наблюдается ритмическая нейронная активность, что делает невозможным использование этого биомаркера для хирургического лечения заболевания. Остаётся также неясным, за счёт каких механизмов происходят перестройки во временной организации паттернов нейронной активности, приводящие к возникновению патологической симптоматики.
Мы предполагаем, что возникновение подобных патологических ритмов связано с потерей динамической сложности паттерна нейронной активности бледного шара. В настоящем проекте мы предлагаем использовать мультифрактальный анализ для оценки связи изменений динамической сложности паттерна нейронной активности бледного шара с клиническими проявлениями дистонии.
Нами была проанализирована нейронная активность бледного шара у 23 пациентов, проходящих стандартную операцию по вживлению электрода по глубинной стимуляции мозга (DBS). Для уточнения локализации внешнего (GPe) и внутреннего (GPi) сегментов бледного шара производилась интраоперационная регистрация активности одиночных нейронов с помощью техники микроэлектродной регистрации и регистрация локальных потенциалов (LFP). У 4 пациентов производилась дополнительная постоперационная запись LFP, во время которой была проведена стимуляция DBS и воздействие на мышцы шеи вибрацией. Каждый пациент проходил осмотр неврологом для определения тяжести заболевания по шкале Burke-Fahn-Mardsen Dystonia Rating Scale (BFMDRS). Мы вычисляли мультифрактальный спектр локальных потенциалов бледного шара с помощью метода максимумов модулей вейвлет-преобразования и оценивали связь его параметров (ширины и симметричности) с клиническими проявлениями дистонии и эффектом от DBS стимуляции и вибрации шейных мышц.
Мы использовали программный пакет LEAD DBS для постоперационной реконструкции положения стимулирующих DBS электродов и моделирования зоны стимуляции, выбранной неврологом в качестве оптимальной (volume of tissue activated — VTA). Затем мы локализовали область с наибольшим изменением параметров мультифрактального спектра в ответ на тестовую DBS стимуляцию, чтобы посмотреть, как эта область соотносится с оптимальной VTA.
Всего было проанализировано 745 записей локальных потенциалов (433 в GPe и 312 в GPi). Мы обнаружили, что параметры мультифрактального спектра коррелировали с тяжестью дистонии (rho: –0,5180609, p=0,01133 для GPi и rho: –0,5630882, p=0,005149 для GPe), при этом с нарастанием тяжести дистонии по шкале BFMDRS мультифрактальный спектр становился уже и асимметричнее. Также в постоперационных записях мы обнаружили изменение формы мультифрактального спектра во время DBS стимуляции или вибрации — в ответ на воздействия мультифрактальный спектр становился более широким, и его симметрия восстанавливалась. Мы локализовали область с наибольшим изменением ширины мультифрактального спектра в ответ на DBS и обнаружили, что эта область значительно перекрывается или полностью совпадает с зоной, выбранной неврологом в качестве оптимальной для DBS стимуляции.
Мы показали, что можно использовать мультифрактальный анализ как дополнительный метод оценки степени нарушения обратной проприоцептивной связи и как биомаркер дистонии. Высокая и достоверная корреляция с тяжестью дистонии указывает на высокий потенциал характеристик мультифрактального спектра в качестве потенциального биомаркера дистонии. Также пересечение областей с наилучшим эффектом DBS и наибольшим изменением ширины мультифрактального спектра при DBS позволяют использовать данный параметр в качестве уточняющего для выявления оптимальной области DBS стимуляции.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Источник финансирования. Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант № 23-25-00406).
Об авторах
И. З. Джалагония
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Автор, ответственный за переписку.
Email: indiko.dzh@gmail.com
Россия, Москва
Ю. Н. Семенова
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Email: indiko.dzh@gmail.com
Россия, Москва
А. А. Гамалея
Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко
Email: indiko.dzh@gmail.com
Россия, Москва
А. А. Томский
Национальный медицинский исследовательский центр нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко
Email: indiko.dzh@gmail.com
Россия, Москва
A. Shaikh
Кафедра неврологии, Университет Кейс Вестерн Резерв
Email: indiko.dzh@gmail.com
США, Кливленд, Огайо
А. А. Седов
Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова Российской академии наук
Email: indiko.dzh@gmail.com
Россия, Москва
Список литературы
Дополнительные файлы
