Глубокая стимуляция мозга с индивидуальными настройками улучшает походку при болезни Паркинсона

У пациентов с болезнью Паркинсона изменения в способности ходить могут быть очень выраженными. Так называемая «паркинсоническая походка» может включать изменения в длине шага и асимметрию между ногами. Эти нарушения походки снижают подвижность человека, увеличивают риск падений и существенно влияют на качество жизни пациента.

Хотя высокочастотная глубокая стимуляция мозга (ГСМ) высокоэффективна для уменьшения симптомов тремора, ригидности и брадикинезии (замедленности движений), её влияние на походку более вариабельно и менее предсказуемо у пациентов с выраженными нарушениями ходьбы. Основными проблемами при улучшении результатов ГСМ для лечения нарушений походки остаются отсутствие стандартизированной метрики походки для использования клиницистами во время настройки параметров стимуляции, а также недостаточное понимание влияния различных факторов стимуляции на походку.

В недавнем исследовании учёные из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) разработали системный способ количественной оценки ключевых аспектов походки, характерных для болезни Паркинсона, и использовали методы машинного обучения для подбора оптимальных настроек ГСМ для каждого пациента. Эти персонализированные настройки привели к значительным улучшениям ходьбы, таким как более быстрые и стабильные шаги, без ухудшения других симптомов.

Результаты их исследования опубликованы в npj Parkinson’s Disease.

«Мы подошли к задаче оптимизации настроек ГСМ как к инженерной проблеме, с целью смоделировать взаимосвязь между параметрами стимуляции, активностью мозга и показателями ходьбы», — сказал первый автор исследования Хамид Фекри Азгоми (PhD), научный сотрудник в лаборатории Ванга (Wang Lab) UCSF.

Как оптимизировать показатели походки

В исследовании пациентам с болезнью Паркинсона имплантировали устройства ГСМ, которые не только стимулировали мозг, но и регистрировали его нейронную активность во время ходьбы. Во время визитов в клинику параметры ГСМ изменялись в пределах безопасных диапазонов для изучения их воздействия на функции ходьбы. В ответ на каждый набор настроек пациенты проходили по замкнутому маршруту длиной около шести метров, при этом непрерывно велась запись нейронных данных и кинематики походки.

Учёные разработали индекс качества ходьбы (Walking Performance Index, WPI), который оценивал метрики походки, такие как длина шага, скорость шага, амплитуда размаха рук, а также давал представление о согласованности походки. Объединив эти метрики, WPI обеспечил комплексную оценку походки, охватывая несколько измерений двигательной функции, поражаемой при болезни Паркинсона.

«Наши результаты подтвердили, что изменения настроек ГСМ эффективно фиксировались WPI и совпадали с оценками пациентов и клиницистов во время каждого визита», — сказал Азгоми. «Эта валидация подтверждает, что WPI является эффективной метрикой для оценки и целенаправленного улучшения походки у людей с болезнью Паркинсона. Используя эти методы, мы смогли предсказать и определить персонализированные настройки ГСМ, которые улучшали WPI».

Кроме того, исследователи выявили паттерны мозговой активности, связанные с улучшением ходьбы. Используя многовариантные модели, авторы определили уникальные нейронные динамики, которые отличают оптимальную походку от менее эффективных паттернов. Улучшение походки коррелировало с уменьшением активности бета-диапазона мозговых волн в определённые фазы цикла ходьбы в глобус паллидус (бледном шаре) — участке мозга, связанном с утратой мышечной активности у людей с болезнью Паркинсона.

Эти данные, наряду с выявленными индивидуальными нейронными биомаркерами, подчеркивают важность персонализированных, основанных на данных вмешательств для улучшения походки у людей с болезнью Паркинсона.

«Эта работа не только углубляет наше понимание того, как ГСМ влияет на движение, но и демонстрирует потенциал персонализированной нейромодуляции для болезни Паркинсона и других неврологических расстройств, приближая нас к более умным и эффективным терапиям», — сказала старший автор исследования Дорис Ванг (MD, PhD), нейрохирург и доцент кафедры нейрохирургии UCSF.