NeuralCipher Araştırma özeti
Kaynak özetin Türkçe makine çevirisi. Klinik kullanım öncesinde özgün yayınla karşılaştırılmalı; hekim incelemesi değildir. cc by
Nöronal aktivitenin hipersenkronisi, esansiyel titreme ve Parkinson hastalığı (PD) da dahil olmak üzere çeşitli nörolojik bozukluklarla ilişkilidir. Kronik yüksek frekanslı derin beyin stimülasyonu (HF DBS), tıbbi olarak refrakter PD için bakım standardıdır. Belirtiler HF DBS tarafından etkili bir şekilde bastırılabilir, ancak uyarılmanın kesilmesinden kısa bir süre sonra geri döner. Koordinatlı sıfırlama (CR) stimülasyonu, nöronal senkronizasyonu desinkronizasyonla spesifik olarak etkisiz hale getirmek için tasarlanmış teori tabanlı bir stimülasyon tekniğidir. CR sırasında faz kaymalı uyaranlar çoklu nöronal alt popülasyonlara iletilir. Plastik nöronal ağların CR uyarılması üzerine yapılan hesaplamalı çalışmalar, düşük regülatörlü anormal sinaptik bağlantı ile elde edilen uzun süreli desinkronizasyon etkilerini ortaya koymuştur. Bu şekilde, ağlar kararlı desynchronized durumların çekicilerine taşınır, böylece uyarılmanın kesilmesinden sonra uyarılma kaynaklı desynchronization devam eder. Preklinik ve klinik çalışmalar, PD'de karşılık gelen uzun süreli terapötik ve desinkronize edici etkileri doğruladı. PD semptomları farklı patolojik eşzamanlı ritimlerle ilişkili olduğundan, uyarılma kaynaklı uzun süreli desinkronizasyon etkileri, uyarılma frekansının varyasyonlarına karşı olumlu bir şekilde sağlam olmalıdır. Son hesaplama çalışmaları, bu sağlamlığın, uyaran teslimatlarının zamanlamalarını randomize ederek geliştirilebileceğini öne sürdü. CR stimülasyonunun uzun süreli etkilerini, randomize uyaran genlikleri ve/veya randomize uyaran zamanlamasını, spike-timing bağımlı plastisiteye sahip sızıntılı integral-ve-ateş (LIF) nöronların ağlarında inceliyoruz. Bilgisayar simülasyonları ve analitik hesaplamalar gerçekleştirerek, CR'nin uzun süreli desynchronization etkilerini tek başına uyaran genliklerinin randomize edilmesiyle ve olmadan, uyaran zamanlarının randomize edilmesiyle ve her ikisinin kombinasyonuyla inceliyoruz. CR stimülasyon frekansını (anormal hedef ritmin sıklığına göre) ve ayrı ayrı uyarılmış nöronal alt popülasyonlarının sayısını değiştirerek, iki nitel olarak farklı randomizasyon mekanizmasının CR'nin uzun süreli desinkronizasyon etkilerinin sağlamlığını arttırdığı parametre bölgelerini ve ilgili mekanizmaları ortaya koyuyoruz. Özellikle, klinik olarak ilgili parametre aralıkları için çift rasgele CR stimülasyonu, yani, uyarıcı genlik randomize ve uyaran zaman randomize spesifik kombinasyonu ile CR stimülasyonu, uzun süreli desynchronizasyona göre düzenli CR stimülasyonundan daha iyi performans gösterebilir. Buna ek olarak, sonuçlarımız, uyaran genliği randomize edilmesiyle genel uyarım akımının etkili bir şekilde azaltılmasının, beyin uyarımının uzun süreli terapötik etkilerinin frekans sağlamlığını artırabileceğinin ilk kanıtını sunmaktadır.
Özgün kaynak özetini okuyun
Hypersynchrony of neuronal activity is associated with several neurological disorders, including essential tremor and Parkinson's disease (PD). Chronic high-frequency deep brain stimulation (HF DBS) is the standard of care for medically refractory PD. Symptoms may effectively be suppressed by HF DBS, but return shortly after cessation of stimulation. Coordinated reset (CR) stimulation is a theory-based stimulation technique that was designed to specifically counteract neuronal synchrony by desynchronization. During CR, phase-shifted stimuli are delivered to multiple neuronal subpopulations. Computational studies on CR stimulation of plastic neuronal networks revealed long-lasting desynchronization effects obtained by down-regulating abnormal synaptic connectivity. This way, networks are moved into attractors of stable desynchronized states such that stimulation-induced desynchronization persists after cessation of stimulation. Preclinical and clinical studies confirmed corresponding long-lasting therapeutic and desynchronizing effects in PD. As PD symptoms are associated with different pathological synchronous rhythms, stimulation-induced long-lasting desynchronization effects should favorably be robust to variations of the stimulation frequency. Recent computational studies suggested that this robustness can be improved by randomizing the timings of stimulus deliveries. We study the long-lasting effects of CR stimulation with randomized stimulus amplitudes and/or randomized stimulus timing in networks of leaky integrate-and-fire (LIF) neurons with spike-timing-dependent plasticity. Performing computer simulations and analytical calculations, we study long-lasting desynchronization effects of CR with and without randomization of stimulus amplitudes alone, randomization of stimulus times alone as well as the combination of both. Varying the CR stimulation frequency (with respect to the frequency of abnormal target rhythm) and the number of separately stimulated neuronal subpopulations, we reveal parameter regions and related mechanisms where the two qualitatively different randomization mechanisms improve the robustness of long-lasting desynchronization effects of CR. In particular, for clinically relevant parameter ranges double-random CR stimulation, i.e., CR stimulation with the specific combination of stimulus amplitude randomization and stimulus time randomization, may outperform regular CR stimulation with respect to long-lasting desynchronization. In addition, our results provide the first evidence that an effective reduction of the overall stimulation current by stimulus amplitude randomization may improve the frequency robustness of long-lasting therapeutic effects of brain stimulation.
Bilimsel değerlendirme
Araştırma sorusu
Sorunun kapsamı orijinal çalışma üzerinden değerlendirilir.
Yöntem ve örneklem
Çalışma tasarımı ve örneklem için kaynak makaleyi kontrol edin.
Temel bulgular
Bu kayıt için editoryal olarak onaylanmış bulgu özeti henüz yayımlanmadı.
Sınırlılıklar
Sonuçların genellenebilirliği, yanlılık ve klinik anlamı ayrıca incelenmelidir.
Bibliyografik veriden yöntem, örneklem veya klinik sonuç çıkarımı yapılmaz.