У пациентов с болезнью Паркинсона изменения в способности ходить могут быть значительными. «Походка Паркинсона», как её часто называют, может включать в себя изменение длины шага и асимметрию между ногами. Это нарушение походки снижает подвижность человека, увеличивает риск падений и существенно ухудшает качество жизни пациента.

Хотя высокочастотная глубокая стимуляция мозга (DBS) высокоэффективна для уменьшения симптомов тремора, ригидности и брадикинезии (замедления движений), её влияние на походку оказалось более вариабельным и менее предсказуемым у пациентов с тяжёлыми нарушениями походки. Среди серьёзных проблем, связанных с улучшением результатов DBS при тяжёлых нарушениях походки, следует отметить отсутствие стандартизированной метрики походки, которую врачи могли бы использовать при программировании, а также понимание влияния различных факторов стимуляции на походку.

В недавнем исследовании учёные из Калифорнийского университета в Сан-Франциско разработали систематический метод количественной оценки ключевых аспектов походки, связанных с болезнью Паркинсона, и использовали машинное обучение для определения оптимальных настроек глубокой стимуляции мозга (ГСМ) для каждого пациента. Эти персонализированные настройки привели к значительному улучшению ходьбы, например, к более быстрому и устойчивому шагу, без ухудшения других симптомов.

Результаты их исследования опубликованы в журнале Parkinson’s Disease.

«Мы подошли к проблеме оптимизации настроек DBS как к инженерной задаче, стремясь смоделировать взаимосвязь между параметрами стимуляции, активностью мозга и эффективностью ходьбы», — сказал первый автор исследования Хамид Фекри Азгоми, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Вана в Калифорнийском университете в Сан-Франциско.

Как оптимизировать эффективность походки

В исследовании пациентам с болезнью Паркинсона было имплантировано устройство для глубокой стимуляции мозга (ГСМ), которое одновременно стимулирует мозг и регистрирует нейронную активность во время ходьбы. Во время визитов в клинику настройки ГСМ пациентов менялись в безопасных пределах для изучения их влияния на функции походки. В зависимости от каждого набора настроек ГСМ участники проходили по кругу длиной около шести метров с непрерывной потоковой передачей данных о нейронной активности и кинематики походки.

Затем исследователи разработали индекс эффективности ходьбы (WPI) для оценки таких показателей походки, как длина шага, скорость шага, амплитуда взмаха руки, а также для получения информации о постоянстве походки. Объединяя эти показатели, WPI обеспечил комплексную оценку походки, охватывая различные аспекты двигательной функции, нарушенной болезнью Паркинсона.

«Наши результаты подтвердили, что изменения в настройках DBS эффективно фиксировались индексом WPI, что соответствовало оценкам пациентов и врачей во время каждого визита», — сказал Азгоми. «Эта валидация подтверждает тот факт, что WPI является эффективным показателем для оценки и достижения улучшений походки у людей с болезнью Паркинсона. Используя эти методы, мы смогли предсказать и определить персонализированные настройки DBS, которые улучшили WPI».

Во-первых, исследователи также выявили паттерны активности мозга, связанные с улучшением качества ходьбы. Используя многомерные модели, авторы затем выявили чёткую нейронную динамику, которая отличает оптимальную походку от менее эффективных моделей. Улучшение походки коррелировало со снижением активности мозговых волн в бета-диапазоне во время определённых фаз цикла ходьбы в бледном шаре, части мозга, связанной с потерей мышечной подвижности у людей с болезнью Паркинсона.

Эти результаты, наряду с выявленными индивидуальными нейронными биомаркерами, подчеркивают важность персонализированных вмешательств на основе данных для улучшения походки у людей, живущих с болезнью Паркинсона.

«Эта работа не только углубляет наше понимание того, как DBS влияет на движение, но и подчеркивает перспективы персонализированной нейромодуляции при болезни Паркинсона и других неврологических расстройствах, приближая нас к более разумным и эффективным методам нейромодуляционной терапии», — сказала старший автор исследования Дорис Ванг, доктор медицинских наук, доктор философии, нейрохирург и доцент кафедры нейрохирургии Калифорнийского университета в Сан-Франциско.

Авторы утверждают, что будущие направления данного исследования включают разработку автоматизированных систем для анализа походки в реальном времени и интеграцию WPI с программным обеспечением DBS. Такие технологии, как коврики для ходьбы, носимые датчики и современные системы захвата движения, могут обеспечить непрерывный и точный мониторинг походки , что позволит более точно корректировать DBS.