Denna hjärnprocedur används ofta för att behandla Parkinsons sjukdom
Det låter som något från skaparna av Star Trek, men forskare ser möjligheter att uppstå med hjälp av djup hjärnstimulering för personer som har mild Alzheimers sjukdom . Och i en värld där läkemedel finns tillgängliga men fördelarna är begränsade är det viktigt att fortsätta utveckla alternativa terapier för att behandla och förebygga Alzheimers.
Vad är djup hjärnstimulering?
Deep Brain Stimulation (DBS) är ett förfarande där elektroder placeras inuti hjärnan och programmeras att avge små elektriska pulser för att stimulera hjärnaktivitet.
DBS har använts i flera år för personer med Parkinsons sjukdom med stor framgång för att minska tremor och muskelsammandragningar, liksom förbättring av hållning. Det undersöks också för att behandla andra medicinska tillstånd, såsom depression och tvångssyndrom .
Hur placeras elektroder i hjärnan?
Det korta svaret: hjärnkirurgi. För att DBS ska vara möjligt måste ledningar införas i hjärnan. Med hjälp av lokalbedövning ökar en neurosurgeon hål i patientens skalle och försiktigt trådar in i olika delar av hjärnan. (Lokalbedövning, när en patient är vaken men ett område av kroppen är numbed, kan användas eftersom hjärnan själv inte kan känna någon smärta.)
En pacemakerliknande maskin implanteras sedan under generell anestesi i personens bröstkorg, där den i slutändan kan leverera 130 miniatyrimpulser per sekund till ledningarna och följaktligen hjärnan. När den initialt implanteras stängs stimulatorn av några dagar eller veckor efter operationen aktiveras stimulatorn och börjar leverera elektriska impulser till hjärnan.
När de används för att behandla Alzheimers sjukdom, är dessa ledningar vanligtvis kopplade till fornixen i hjärnan. Enligt Johns Hopkins Medicine är fornixen en hjärnväg som medverkar till att föra information till hippocampus , den del av hjärnan där lärande börjar och minnen görs och var de tidigaste symptomen på Alzheimers verkar uppstå. "
Hur fungerar djup hjärnstimulering?
Det finns flera teorier om varför det fungerar, men det finns inget avgörande svar ännu. I Parkinsons tanke är det tänkt att avbryta och störa den felaktiga avfyrningen av hjärnan.
Faktum är att forskarnas förståelse för DBS är så begränsad att möjligheten att utnyttja den för Alzheimers upptäcktes av misstag när DBS testades på en man som var morbid fetma som ett sätt att försöka kontrollera hans aptit. När de testade honom med trådplacering och elektriska impulser rapporterade han ett levande minne. När de stängde av impulserna gick minnet bort, och när de stängde stimulatorn på igen kom minnet tillbaka. Detta ledde till förverkligandet att det kanske finns ett sätt att stimulera hjärnan och de minnen det innehåller.
Är det säkert?
DBS verkar vara ganska säker. Även om tanken på hjärnkirurgi låter väldigt riskabel, säger experter att detta förfarande inte är så invasivt som det låter.
Det finns alltid risker med hjärnkirurgi. Men över 100 000 människor över hela världen med Parkinsons sjukdom har genomgått DBS med minimala problem. Risker inkluderar infektion, fel i utrustningen, stroke, batterifel och rörelse av ledningen.
Forskning om djup hjärnstimulering och Alzheimers sjukdom
Fas I-forskning
År 2010 publicerade Annals of Neurology Journal forskning som beskriver en klinisk fas I-studie utförd i Kanada med sex personer som diagnostiserats med tidig Alzheimers sjukdom. De hade var och en en djup hjärnstimulator implanterad kirurgiskt i sin hjärna och upplevde 12 månader kontinuerlig elektrisk stimulering.
Test av deras kognitiva funktion vid 6 och 12 månader indikerade en förbättring, eller en mindre än förväntad nedgång i tre av de sex deltagarna.
Dessutom användes PET-skanningar för att utvärdera cerebral glukosmetabolism, vilket är hjärnans förmåga att bryta ner sockerarter för hjärnbränsle och kan också vara en indikator på aktivitetsnivåerna av neuroner i hjärnan. Människor med Alzheimers uppvisar vanligtvis en minskning av glukosmetabolism över tid, men dessa sex forskningsdeltagare uppvisade en ökning som upprätthölls under hela studien. Intressant är att hjärnans fallande förmåga att bryta ner socker i Alzheimers sjukdom har orsakat att vissa forskare skulle kalla Alzheimers " typ 3-diabetes ".
Fas II-forskning
I en fas II-studie genom Johns Hopkins deltog 42 patienter i åldrarna 45-85 i DBS för att rikta sin Alzheimers sjukdom. De genomgick varje DBS-kirurgi för implantation mellan 2012 och 2014. Halva av dem hade sina stimulatorer påslagen efter 2 veckor, och hälften av dem hade det på efter 12 månader. Detta var en dubbelblind studie, eftersom varken läkare eller patienter visste när stimulatorerna aktiverades.
Kognition bedömdes i denna studie genom flera tester inklusive ADAS-Cog 13. Cerebral glukosmetabolism uppmättes också i olika delar av hjärnan.
Resultaten av denna studie var intressanta, och inte nödvändigtvis vad som förväntades. Vid 6 månader efter implantering av stimulatorn hade cerebral glukosmetabolismen ökat avsevärt, men dessa vinster var inte kvar på 12 månader. Dessutom noterades en åldersrelaterad skillnad i respons. De deltagare som var över 65 år visade förbättringar i kognitiv funktion och i cerebral glukosmetabolism. De som var under 65 år visade inte signifikanta förbättringar i något område. Forskarna teoretiserade att denna effekt kan ha varit relaterad till den ibland större hjärnstrukturen försämring hos yngre människor med Alzheimers ( Alzheimers tidiga start ), jämfört med dem med sena Alzheimers sjukdom.
Sammanfattning av DBS-effekter på hjärnan
Effekterna av DBS på Alzheimers har studerats genom dessa fas I och fas II kliniska prövningar, men information om hur det påverkar hjärnan har också samlats in från dess användning i andra inställningar, inklusive andra forskningsstudier och vid behandling av Parkinsons sjukdom. Följande effekter har hittats:
Förbättrad övergripande kognition: Forskning på DBS hos personer med Alzheimers resulterade i förbättrad kognition för några av deltagarna, mätt genom flera neuropsykologiska tester . Dessa tester mäter flera aspekter av hjärnans funktion, inklusive minne, orientering , ordigenkänning och mer.
Ökad hippocampusvolym: Medan hippocampus (en del av hjärnan i samband med minnet) atrophies med närvaron av åldrande och mer signifikant i Alzheimers sjukdom, har DBS visat sig öka volymen av hippocampus hos personer med Alzheimers. Hippocampalvolymen har korrelerats med minnesfunktionen.
Ökad cerebral glukosmetabolism: Som framgår av ovanstående visade vissa personer som fick DBS förbättrad glukosmetabolism i flera områden i hjärnan.
Ökad volym fornix och mammillary bodies: Fornix och mammillary kropparna i hjärnan (som båda är relaterade till minnesfunktion) har visat ökad volym efter DBS hos dem med Alzheimers.
Högre acetylkolinnivåer: DBS har också visats i forskning för att utlösa frisättning av acetylkolin. Acetylcholin hjälper till att överföra meddelanden från en nervcell till nästa i våra hjärnor.
Förhöjt rumsligt minne: Efter djup hjärnstimulering till råttornas fornix visade de förbättrat rumsligt minne i sin förmåga att navigera i en labyrint. Medan djurstudier inte alltid överförs till människor, ger de oss ofta insikt om säkerhet och effektivitet i försöksförfarandena.
Minskad verbal flyt: Djup hjärnstimulering har använts i flera år hos personer med Parkinsons med betydligt positiva resultat. En del undersökningar har dock visat att verbal flyt har minskat i vissa av dessa individer. Medan många med Parkinsons känsla att denna risk är värda den fördelen som djup hjärnstimulering ger dem. Det kan inte så lätt anses vara en värdig risk för dem med Alzheimers sjukdom.
Etiska betänkligheter
Medan det har gjorts flera studier utförda på människor, kräver vissa forskare ytterligare och expanderade studier med hjälp av DBS hos djur innan de fortsätter mer forskning med människor. De påpekar att även om det har funnits DBS-forskningsaktörer som har upplevt någon kognitiv förbättring, har det också funnits några andra som avböjt på vissa kognitiva områden efter djup hjärnstimulering.
Dessa forskare framhäver också att det finns brist på förståelse för hur djup hjärnstimulering fungerar. Därför rekommenderar de att mer information förvärvas innan man utökar kliniska prövningar med människor.
Ett ord från
Djup hjärnstimulering har varit väl etablerad som en lämplig behandling för Parkinsons sjukdom; Men mer forskning krävs för att urskilja fördelarna med Alzheimers sjukdom. DBS potential för kognitiv förbättring är spännande, särskilt när vi fortsätter att kämpa för att hitta en effektiv behandling av Alzheimers.
> Källor:
> Fagundes, VDC, Rieder, CRM, Nunes da Cruz, A, et al. Deep Brain Stimulation Frekvens hos Subthalamic Nucleus påverkar Phonemic och Action Fluency i Parkinsons sjukdom. Parkinsons sjukdom. 2016.
> Hescham S, Temel Y, Schipper S. et al, Fornix djup hjärnstimulering inducerade långsiktigt rumsligt minne oberoende av hippocampal neurogenes. Hjärnstruktur och funktion. 2017 Mar, 222 (2): 1069-1075.
> Johns Hopkins Medicine. Johns Hopkins Surgeons Implant First Brain Pacemaker "för Alzheimers sjukdom i USA som en del av en klinisk prövning designad för långsam minnesförlust. December 2012.
> Laxton AW, Tang-Wai DF, McAndrews MP, et al. Annorier av neurologi. 2010 okt; 68 (4): 521-34. En fas I studie av djup hjärnstimulering av minneskretsar i Alzheimers sjukdom. Annorier av neurologi. 2010 okt; 68 (4): 521-34.
> Lozano AM, Fosdick L, Chakravarty MM, et al., En fas II-studie av Fornix Deep Brain Stimulation i mild Alzheimers sjukdom. Journal of Alzheimers sjukdom. 2016 6 september; 54 (2): 777-87.
> Ovadia D, Bottini G .. Neuroetiska konsekvenser av djup hjärnstimulering vid degenerativa störningar. Nuvarande yttrande i neurologi. 2015 dec; 28 (6): 598-603
> Viana JNM, Vickers JC, Cook MJ, Gilbert F, strömmar i minnet: senaste framsteg, översättningsutmaningar och etiska överväganden vid fornix djupa hjärnstimuleringsprov för Alzheimers sjukdom. Neurobiologi av åldrande. 2017 aug; 56: 202-210.