적응형 심층 뇌 자극

ClDBS(Closed Loop Deep Brain Stimulation)aDBS라고도 하는 적응형 심층 뇌 자극()은 신경퇴행성 ^[1]질환의 치료를 위해 현재 연구 중인 신경조절 기술입니다.

기존의 DBS는 이식 가능한 펄스 발생기(IPG)에 연결된 외과적으로 이식된 와이어 또는 리드를 통해 움직임을 제어하는 뇌 영역에 지속적인 전기 자극을 제공합니다.펄스 발생기에 대한 프로그래밍 조정은 환자가 무엇을 하고 있는지와 ^[2]환자의 증상을 최적화하기 위해 시간이 지남에 따라 복용하는 약물에 따라 치료 신경학자에 의해 종종 이루어집니다.하지만,^[3] 그것은 부작용으로 이어질 수 있습니다.2005년 알베르토 프리오리가 개발한 DBS는 폐쇄 루프 DBS의 특정 유형이며 뇌 활동을 감지하고 실시간으로 적절한 자극을 전달할 수 있다는 점에서 기존 DBS 시스템과 다릅니다.이 기술은 뉴로니카에 ^[4][5]의해 허가되었고 개발되었습니다.

다른 유형의 clDBS는 반응하는 깊은 뇌 ^[6]자극에서와 같이 자극을 조정하기 위해 다른 변수와 다른 전략을 사용합니다.

파킨슨병의 역사

1950년대에 개발된 후, DBS는 떨림에 대한 치료 방법으로 인정을 받았고 그 후 파킨슨 병, 디스토니아, 강박 장애 및 ^[7]간질과 같은 신경 질환의 치료에 대한 인정을 받았습니다.그러나 기존 DBS의 작동 메커니즘은 환자의 변화하는 증상이나 기능 상태에 ^[8]실시간으로 적응할 수 없는 접근 방식인 표적 구조의 지속적인 자극을 수반했습니다.

DBS의 이러한 원치 않는 부작용을 염두에 두고,^[9] 변동하는 바이오마커에 대응하여 자극을 자동으로 조정하는 기능을 가진 기술은 2004년에 Priori에 의해 도입되었습니다.Priori가 DBS 시스템 개발에서 직면한 주요 문제는 피드백을 위한 이상적인 제어 변수의 선택이었습니다.2012년에 수행된 연구에서, 그는 DBS ^[10]와이어에 의해 기록된 뇌 활동인 로컬 필드 퍼텐셜(LFP)에 의해 안내되는 적응형 DBS(aDBS)의 효능과 잠재적 이점을 증명하는 몇 가지 증거를 제시했습니다.2013년에 피터 브라운이 이끄는 연구팀은 맞춤형 장치를 사용하는 환자들에게 아주 짧은 시간 동안 DBS를 적용했습니다.동시에 Priori 그룹은 외부화된 DBS 전극으로 자유롭게 움직이는 PD 환자를 대상으로 2시간 동안 임상 테스트를 통해 파킨슨병의 임상 조사를 촉진하기 위한 외부 휴대용 aDBS 시스템 프로토타입을 개발하고 검증하여 DBS의 ^[11]적용 가능성과 효과를 보여주었습니다.더 긴 시간(최대 24시간)에서 더 많은 환자를 테스트한 다른 연구는 DBS가 지속적인 ^[12][13]자극의 부작용을 줄이면서 PD 증상을 제어하는 데 효과적이라는 가설을 지지했습니다.이 연구에 사용된 장치는 ^[14]Newronika에서 개발한 AlphaDBS 시스템의 외부 구성 요소입니다.

이러한 발전이 진행되는 동안 Medtronic은 ^[15][16]사람에게 적용하기 위한 이식 가능한 aDBS 장치의 아키텍처를 발표했습니다.이 설계는 Medtronic의 Activa PC + S 연구 장치에 내장되어 LFP 감지 및 기록이 가능하며 표적 DBS 치료를 제공합니다.이 기기는 필립 A가 이끄는 연구팀이 2018년에 사용했습니다.캘리포니아 대학교 샌프란시스코에서 Medtronic과 민관 협력 관계를 맺고 있는 스타입니다.연구원들은 파킨슨병을 앓고 있는 두 명의 환자에게 이 장치를 삽입했는데, 그들은 전통적인 DBS를 가지고 있었지만 신경과 의사에 의해 적응한 후에도 계속해서 운동 장애를 경험했습니다.나중에, 그들은 적응형 자극 시스템의 결과를 두 환자에게 수동으로 설정된 전통적인 자극과 비교했고, 적응형 접근법이 지속적인 ^[17][18]자극만큼이나 증상을 제어하는 데 효과적이라는 것을 발견했습니다.

뉴로니카의 AlphaDBS 이식형 시스템은 2021년에 개발되어 CE 마크를 받았습니다.PD에서 ^[19]이 새로운 세대의 DBS IPG를 사용하여 DBS 대 cDBS의 안전성과 효능을 강조하기 위해 체계적인 연구도 수행되었습니다.

AlphaDBS는 DBS 및 감지용으로 상용화된 신세대 DBS 삽입형 펄스 발생기(IPG)로, DBS 기능을 갖추고 있습니다.6개 조사 사이트(이탈리아, 폴란드 및 네덜란드)로 구성된 체계적인 다센터 국제 연구도 수행되어 PD(이탈리아, 밀라노, Newronika SpA의 AlphaDBS 시스템)에서 이 신세대 DBS IPG를 사용하여 DBS 대 cDBS의 안전성과 효과를 강조했습니다.[10] Medtronic PC+S 장치는 자극과 감지를 허용하는 상용 IPG인 Percept™ PC에서도 개발되었으며, 이는 일본에서 DBS 전달용으로 승인되었습니다.핫토리 노부타카와 그 그룹은 운동 변동을 보이는 파킨슨병(PD)을 앓고 있는 51세 남성의 사례를 탐구하는 데 초점을 맞춘 연구를 수행했는데, 이 남성은 양쪽 시상하부심뇌자극(DBS) Percept™ PC 장치를 받아 접근법의 실현 가능성을 보여주었습니다.이러한 새로운 장치는 조건 의존적 자극을 촉진하고 PD의 병리생리학적 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공하는 측면에서 다양한 응용 프로그램을 가지고 있는 것처럼 보이지만, 현재 임상 실습에서 사용을 확실히 허용하기 위해 더 큰 임상 연구에서 조사 중입니다.

작용 메커니즘

자극 매개 변수에 적응하기 위해 적응형 DBS(aDBS)는 ^[20]자극을 전달하는 이식된 전극을 통해 기록된 대상 구조의 국소 전계 전위(LFP)를 사용합니다.적응형 DBS(aDBS) 기술의 현재 적용은 주로 시상하부 핵(STN)^[21]에서 증가된 베타 진동을 감지하는 것을 기반으로 하며, 이로 인해 베타 밴드 진동의 강도에 따라 전류를 변경할 수 있습니다.운동장애나^{[12] [22]}언어장애와 같은 자극으로 인한 장기적 부작용을 포함하여 기존의 DBS(cDBS) 치료 한계를 극복합니다.

의료용

적응형 심층 뇌 자극(aBS)은 다중 신경 정신 및 운동 장애의 치료를 위해 연구되고 있는 치료 양식입니다.

파킨슨병 (PD)

2015년부터 Priori는 DBS 매개 변수를 모터 변동에 적응시키기 위해 시상하부 국소 자기장 전위(LFP)의 베타 밴드 전력을 대상으로 사용하는 DBS의 효능을 평가하기 위해 여러 실험을 수행했습니다.실험 결과는 DBS가 정상적인 레보도파 치료 외에도 환자 PD 증상을 제어하여 디스키네시아를 ^[23]줄이는 데 매우 효과적이라는 것을 증명했습니다.

투렛 증후군(TS)

적응형 심층 뇌 자극(aBS)은 현재 TS의 잠재적 치료법으로 사용하기 위해 연구되고 있습니다.2017년 연구 연구는 TS 환자에서 LFP 기반 aDBS 접근법의 실현 가능성을 뒷받침하는 이용 가능한 문헌에 대한 검토를 제시했습니다.그 외에도, 연구원들은 최근에 안정 상태의 DBS 전극 이식 후, 자발적 및 비자발적 움직임(틱) 중, 그리고 진행 중인 DBS 환자에서 획득하고 분석한 LFP 데이터에 대한 몇 가지 탐색적 발견을 제시했습니다.DBS 표적으로부터 기록된 LFP는 ^[24][25]TS의 증상에 반응하는 적응형 자극이 가능한 새로운 aDBS 장치를 제어하는 데 사용될 수 있다는 것이 발견되었습니다.

디스토니아

디스토니아 치료에서 DBS의 적용은 지난 몇 년 동안 상당히 발전했습니다.디스토니아 환자의 내부 글로부스 팔리더스에서 감지된 저주파 진동(LFO)은 적응형 심층 뇌 자극(aBS)의 생리 마커로 확인되었습니다.[22] 게다가, 팔달 저주파 및 베타 버스트의 특성은 파킨슨병 및 디스토닉 내부 글로부스 팔리더스의 맥락에서 적응형 뇌 자극을 구현하는 데 도움이 될 수 있습니다.[23] 디스토니아의 병리학적 진동에 대한 지금까지의 상당한 양의 과학적 연구는 디스토니아 환자의 DBS를 제어하기 위한 피드백 신호로 사용될 수 있는 잠재적인 바이오마커를 다루기 위해 집중되어 왔습니다.[24]

본질적 떨림(ET)

적응형 심층 뇌 자극(aBS)은 가장 일반적인 신경학적 운동 장애 중 하나인 본질적 떨림(ET) 치료에 효과적인 도구일 수 있습니다. 그러나 ET용 DBS는 외부 ^[26][27]센서를 기반으로 하는 폐쇄 루프 기술에 더 중점을 둡니다.최근 연구에서 HJ Chizeck는 MD를 위한 완전히 내장된 DBS 제어 시스템에 대한 첫 번째 번역 준비 교육 절차와 ^[28]ET에서 그러한 시스템의 첫 번째 예 중 하나를 제시했습니다.

기존 DBS(cDBS)와의 비교

Priori가 수행한 2021년 연구 연구에서 파킨슨병 환자의 기존 심층 뇌 자극(cDBS)과 폐쇄 루프 적응형 심층 뇌 자극(aDBS) 사이의 운동 증상에 대한 영향 사이의 비교 분석이 제시되었습니다.이 연구는 운동 성능과 환자에 대한 TEED 측면에서 매일 세션에서 cDBS와 ^[2]비교하여 DBS 자극의 안전성과 효과를 강조했습니다.사이먼 리틀은 DBS 접근 방식이 피질 신경 스파이크 트리거링을 사용하는 영장류와 국소 필드 잠재적 ^[3]바이오마커를 사용하는 인간의 기존 DBS보다 우수하다고 생각했습니다.첨단 파킨슨병 치료법으로 적응형 심뇌 자극을 위한 의사 무작위 임상 연구 프로토콜을 제시하면서, dBS는 cDBS와 ^[21]대조적으로 dysartria를 유도하지 않는 것으로 나타났습니다.또한 DBS와 cDBS가 환자의 축성 증상을 비슷한 정도로 개선할 수 있다고 제안되었지만, cDBS와 비교하면 DBS는 주요 증상인 서맥 운동증을 ^[29]상당히 개선합니다.

레퍼런스