Riepilogo: Due nuovi studi evidenziano una svolta nel trattamento del morbo di Parkinson mediante un dispositivo di stimolazione cerebrale profonda adattiva (aDBS). Questo impianto cerebrale basato sull'intelligenza artificiale monitora costantemente l'attività cerebrale e regola la stimolazione per gestire sia i problemi di movimento diurni che l'insonnia notturna. Il dispositivo offre un approccio personalizzato, erogando impulsi elettrici precisi in base ai sintomi in tempo reale. La tecnologia ha mostrato un successo significativo negli studi clinici, riducendo i sintomi del 50% e offrendo un nuovo metodo per migliorare la qualità della vita dei pazienti affetti da Parkinson.
Punti chiave:
- Stimolazione cerebrale profonda adattiva (aDBS): Il dispositivo aDBS, basato sull'intelligenza artificiale, fornisce un trattamento personalizzato e 24 ore su 24 per il morbo di Parkinson, adattando la stimolazione cerebrale in risposta ai sintomi in tempo reale per gestire sia i sintomi motori che quelli non motori.
- Successo clinico: Negli studi clinici, l'aDBS ha ridotto i sintomi del Parkinson del 50%, superando la tradizionale DBS costante (cDBS), adattando il trattamento alle mutevoli esigenze del paziente nell'arco del giorno e della notte.
- Ampio potenziale: Sebbene al momento focalizzata sul Parkinson, la tecnologia aDBS si dimostra promettente anche per il trattamento di altre patologie neurologiche, come la depressione e il disturbo ossessivo-compulsivo.
Due nuovi studi dell'Università della California di San Francisco indicano la strada verso un'assistenza personalizzata 24 ore su 24 per le persone affette dal morbo di Parkinson, attraverso un dispositivo impiantato in grado di trattare i problemi di movimento durante il giorno e l'insonnia durante la notte.
L'approccio, denominato stimolazione cerebrale profonda adattiva, o aDBS, utilizza metodi derivati dall'intelligenza artificiale (IA) per monitorare l'attività cerebrale del paziente al high-quality di rilevare eventuali cambiamenti nei sintomi.
Quando li individua, interviene con impulsi elettrici calibrati con precisione. La terapia integra i farmaci che i pazienti affetti da Parkinson assumono per gestire i sintomi, dando meno stimolazione quando il farmaco è attivo, per scongiurare movimenti eccessivi, e più stimolazione quando l'effetto del farmaco svanisce, per prevenire la rigidità.
La cosiddetta tecnologia di impianto cerebrale “closed loop” ha dimostrato di funzionare nei pazienti affetti da Parkinson durante le loro attività quotidiane. Il dispositivo rileva i segnali cerebrali per creare un meccanismo di feedback continuo che può ridurre i sintomi quando si presentano. Gli utenti possono uscire dalla modalità adattiva o disattivare completamente il trattamento con un dispositivo portatile.
Per il primo studio, i ricercatori hanno condotto una sperimentazione clinica su quattro persone per testare l'efficacia dell'approccio durante il giorno, confrontandolo con una precedente tecnologia DBS con impianto cerebrale nota come costante o cDBS.
Per garantire che il trattamento fornisse il massimo sollievo a ciascun partecipante, i ricercatori hanno chiesto loro di identificare il sintomo più fastidioso. La nuova tecnologia ha ridotto quei sintomi del 50%. I risultati appaiono in .
“Questo è il futuro della stimolazione cerebrale profonda per il morbo di Parkinson”, afferma Filippo StarrMD, PhD, professoressa di chirurgia neurologica Dolores Cakebread, co-direttrice della clinica per i disturbi del movimento e la neuromodulazione dell'UC San Francisco e uno degli autori principali dello studio, in un comunicato.
Le basi per la tecnologia
Starr ha gettato le basi per questa tecnologia per più di un decennio. Nel 2013, ha sviluppato un modo per rilevare e quindi registrare i ritmi cerebrali anormali associati al Parkinson. Nel 2021, il suo team ha identificato modelli specifici in quei ritmi cerebrali che corrispondono ai sintomi motori.
“C'è stato un grande interesse nel migliorare la terapia DBS rendendola adattabile e autoregolante, ma solo di recente sono stati resi disponibili gli strumenti e i metodi giusti per consentire alle persone di utilizzarla a lungo termine nelle loro case”, afferma Starr, che è stato reclutato dall'UC San Francisco nel 1998 per avviare il suo programma DBS, in un comunicato.
All'inizio di quest'anno, i ricercatori dell'UC San Francisco guidati da Simone PiccoloMBBS, PhD, ha dimostrato in che la DBS adattiva ha il potenziale per alleviare l'insonnia che affligge molti pazienti affetti dal morbo di Parkinson.
“Il grande cambiamento che abbiamo fatto con la DBS adattiva è che siamo in grado di rilevare, in tempo reale, dove si trova un paziente nello spettro dei sintomi e di abbinarlo alla quantità esatta di stimolazione di cui ha bisogno”, afferma Little, professore associato di neurologia e autore senior di entrambi gli studi, in un comunicato. Sia Little che Starr sono membri del Istituto Weill per le neuroscienze dell'UCSF.
Ripristinare il movimento
Il morbo di Parkinson colpisce circa 10 milioni di persone in tutto il mondo. Deriva dalla perdita di neuroni che producono dopamina nelle regioni profonde del cervello che sono responsabili del controllo del movimento. La mancanza di queste cellule può anche causare sintomi non motori, che influenzano l'umore, la motivazione e il sonno.
La terapia di solito inizia con la levodopa, un farmaco che sostituisce la dopamina che queste cellule non sono più in grado di produrre. Tuttavia, l'eccesso di dopamina nel cervello quando il farmaco fa effetto può causare movimenti incontrollati, chiamati discinesia. Quando l'effetto del farmaco svanisce, si ripresentano tremori e rigidità.
Alcuni pazienti optano quindi per l'impianto di un dispositivo cDBS standard, che fornisce un livello costante di stimolazione elettrica. La DBS costante può ridurre la quantità di farmaci necessaria e ridurre parzialmente le oscillazioni dei sintomi. Ma il dispositivo può anche sovracompensare o sottocompensare, causando un'oscillazione dei sintomi da un estremo all'altro durante il giorno.
Chiudere il cerchio
Per sviluppare un sistema DBS in grado di adattarsi ai mutevoli livelli di dopamina di una persona, Starr e Little avevano bisogno di rendere il sistema DBS in grado di riconoscere i segnali cerebrali che accompagnano i diversi sintomi.
Precedenti ricerche avevano identificato modelli di attività cerebrale correlati a quei sintomi nel nucleo subtalamico, o STN, la regione cerebrale profonda che coordina il movimento. Questa è la stessa area che cDBS stimola, e Starr sospettava che la stimolazione avrebbe silenziato i segnali che dovevano captare.
Ha quindi trovato segnali alternativi in una diversa regione del cervello, chiamata corteccia motoria, che non sarebbero stati indeboliti dalla stimolazione DBS.
La sfida successiva era capire come sviluppare un sistema in grado di utilizzare questi segnali dinamici per controllare la DBS in un ambiente esterno al laboratorio.
Basandosi sui risultati degli studi sulla DBS adattiva condotti all'Università di Oxford un decennio prima, Little ha collaborato con Starr e il team per sviluppare un approccio in grado di rilevare questi segnali altamente variabili in base a diversi livelli di stimolazione e somministrazione di farmaci.
Nel corso di molti mesi, le ricercatrici post-dottorato Carina Oehrn, MD, PhD, Stephanie Cernera, PhD, e Lauren Hammer, MD, PhD, hanno creato una pipeline di analisi dei dati in grado di trasformare tutto ciò in algoritmi personalizzati per registrare, analizzare e rispondere all'attività cerebrale unica associata allo stato dei sintomi di ciascun paziente.
Giovanni IPhD, che dirige l'iniziativa Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN Initiative) presso i National Institutes of Health, afferma che lo studio promette un netto miglioramento rispetto all'attuale trattamento del Parkinson.
“Questa DBS personalizzata e adattiva incarna la missione fondamentale della BRAIN Initiative: rivoluzionare la nostra comprensione del cervello umano”, afferma in un comunicato.
Una notte di sonno migliore
La DBS continua ha lo scopo di attenuare i sintomi dei movimenti diurni e solitamente non allevia l'insonnia.
Ma nell'ultimo decennio si è assistito a una crescente consapevolezza dell'impatto che l'insonnia, i disturbi dell'umore e i problemi di memoria hanno sui pazienti affetti dal morbo di Parkinson.
Per contribuire a colmare questa lacuna, Little ha condotto uno studio separato che ha incluso quattro pazienti con Parkinson e un paziente con distonia, un disturbo del movimento correlato. Nel loro articolo pubblicato nel , il primo autore Fahim Anjum, PhD, uno studioso post-dottorato del Dipartimento di Neurologia presso l'UC San Francisco, ha dimostrato che il dispositivo poteva riconoscere l'attività cerebrale associata a vari stati del sonno. Ha anche mostrato che poteva riconoscere altri schemi che indicano che una persona è probabile che si svegli nel cuore della notte.
I team di ricerca di Little e Starr, tra cui il loro studente laureato Clay Smyth, hanno iniziato a testare nuovi algoritmi per aiutare le persone a dormire. Il loro primo studio aDBS sul sonno è stato pubblicato l'anno scorso in
Gli scienziati stanno ora sviluppando trattamenti DBS a circuito chiuso simili per una serie di disturbi neurologici.
“Vediamo che ha un impatto profondo sui pazienti, con potenziale non solo per il Parkinson ma probabilmente anche per condizioni psichiatriche come la depressione e il disturbo ossessivo-compulsivo”, afferma Starr in un comunicato. “Siamo all'inizio di una nuova era di terapie di neurostimolazione”.
