Immagine: nella nuova ricerca, durante l’intervento chirurgico per impiantare un dispositivo permanente DBS (verde con punta gialla) in profondità nel cervello dei pazienti con malattia di Parkinson, sei elettrodi di registrazione (rosso) sono stati temporaneamente posti sulla superficie del cervello. Credit: C. de Hemptinne
Gli scienziati della UC di San Francisco hanno scoperto come la stimolazione cerebrale profonda ( DBS), un trattamento ampiamente usato per i disturbi del movimento, esercita i suoi effetti terapeutici nel trattamento del morbo di Parkinson. Pochi trattamenti medici mostrano risultati rapidi come quelli osservati con la stimolazione cerebrale profonda in cui, i dispositivi impiantati chirurgicamente forniscono impulsi elettrici alle strutture cerebrali coinvolte nel movimento.
Nei pazienti affetti da morbo di Parkinson (PD), sintomi della malattia come tremore e rigidità, diminuiscono bruscamente subito dopo che il dispositivo di stimolazione viene attivato e ricompaiono altrettanto rapidamente quando il dispositivo viene inattivato.
Sorprendentemente c’è stata pochissima comprensione di come e perchè il dispositivo funziona così bene e nonostante il grande successo, permangono alcuni suoi limiti. Personalizzare la stimolazione derivata dai dispositivi DBS per ridurre al minimo i sintomi del morbo di Parkinson è impegnativo e richiede tempo.
Con una migliore comprensione di come DBS agisce sui circuiti cerebrali, i ricercatori sperano di superare queste carenze e fare della stimolazione cerebrale profonda, un trattamento ancora più efficace.
La nuova ricerca, pubblicata on line in Nature Neuroscience, rivela che DBS mantiene sotto controllo i sintomi della malattia di Parkinson riducendo l’attività cerebrale nella corteccia motoria, una regione sulla superficie esterna del cervello che governa i movimenti del corpo.
” Questo trattamento si sta diffondendo per molti altri disturbi cerebrali, oltre che per i disturbi di movimento, tra cui condizioni psichiatriche come la depressione, ma nessuno sa esattamente, come esso funziona”, ha detto Philp Starr della divisione di neurochirurgia della UCSF e autore senior del nuovo studio.
Precedenti ricerche condotte da Coralie De Hemptinne, un borsista post dottorato del laboratorio di Starr, hanno posto le basi per questo nuovo studio.
Nel 2013, De Hemptinne, Starr e colleghi hanno riportato negli Atti della National Academy of Sciences che una misura di attività ritmica sincronizzata del cervello, che normalmente varia con il movimento o altri comportamenti, è eccessivamente sincronizzata nella corteccia motoria nel morbo di Parkinson.
” La chiave per una migliore comprensione di come il dispositivo funziona, sta nelle reti cerebrali”, continua il ricercatore.
Il team ha ipotizzato che questa sincronizzazione dei circuiti cerebrali in PD ostacola la flessibilità che il cervello richiede per pianificare ed eseguire i movimenti e che DBS potrebbe funzionare disaccoppiando modelli di attività nella corteccia motoria.
” Nel nuovo lavoro, dal momento che avevamo trovato questa eccessiva sincronia nella corteccia cerebrale dei pazienti PD, abbiamo deciso di vedere se c’è una relazione tra tale sincronia e sintomi e se la diminuita sincronia contribuisce a migliorare i sintomi “, ha spiegato De Hemptinne, primo autore dell’articolo pubblicato in Nature Neuroscience. “Abbiamo misurato la sincronia nell’area motoria del cervello prima, durante e dopo la DBS e mentre i paziente stavano riposando o erano impegnati in un compito di movimento per raggiungere e toccare lo schermo di un computer”.
Durante l’intervento su 23 pazienti con malattia di Parkinson in cui elettrodi permanenti DBS venivano impiantati chirurgicamente, il team della UCSF ha posizionato una striscia temporanea di 6 elettrodi per la registrazione, sulla corteccia motoria. Come nella ricerca precedente, la registrazione di attività neurale ha mostrato eccessiva sincronizzazione dei ritmi di attività nei pazienti.
Come il nome della terapia implica, l’estremità del cavo stimolante dei dispositivi DBS viene collocato in profondità nel cervello, in una struttura nota come nucleo subtalamico (STN), che è parte di un “loop” di circuiti neurali che comprende la corteccia motoria. Quando il dispositivo è stato attivato e DBS ha cominciato a stimolare STN, l’effetto della stimolazione ha raggiunto la corteccia motoria, dove la over-sincronizzazione è rapidamente diminuita. Quando il dispositivo è stato spento, l’ eccessiva sincronia e riemersa, più gradualmente in alcuni pazienti rispetto ad altri.
La chirurgia DBS richiede generalmente circa sei ore e a metà dell’intervento i pazienti vengono risvegliati per un test sul dispositivo e per assicurarsi che il cavo sia correttamente posizionato nel nucleo subtalamico. In questa fase, i ricercatori hanno chiesto a 12 dei pazienti, di svolgere il compito di raggiungere e toccare un punto blu che appariva sullo schermo del computer. ” È importante sottolineare”, ha detto Starr, ” che le registrazioni rivelato che DBS ha eliminato l’eccessiva sincronia dell’attività della corteccia motoria e agevolato il movimento senza alterare normali cambiamenti nell’attività cerebrale, che accompagnano i movimenti”.
“La nostra ricerca del 2013 ha mostrato come il morbo di Parkinson colpisce la corteccia motoria e questo lavoro mostra come DBS influenza la corteccia motoria,”, ha detto Starr. “Con queste due informazioni, possiamo cominciare a pensare a nuovi stimolatori che controllano automaticamente l’attività cerebrale, che è la prossima innovazione nel trattamento dei disturbi del movimento”.
Poiché in questi esperimenti la striscia di registrazione doveva essere rimossa prima della fine della chirurgia, i dati di registrazione sono stati raccolti in un tempo relativamente breve. Per ampliare le opportunità di ricerca, Starr e il suo team hanno collaborato con la società di dispositivi Medicali Medtronic ad una nuova generazione di dispositivi DBS permanentemente impiantabili in grado di registrare l’attività nella corteccia motoria, mentre effettuano la stimolazione al nucleo subtalamico.
“Ora possiamo cercare di trovare ancora migliori correlazioni tra DBS e sintomi e possiamo anche osservare gli effetti dei farmaci”, ha detto De Hemptinne. “Questa nuova capacità di raccogliere dati in un tempo più lungo, potrà anche promuovere nuove ricerche”.
Fonte: Nature Neuroscience Proceedings of National Academy of Sciences
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