May 16, 2022 - Resumo:
A
estimulação do núcleo subtalâmico interrompe um ciclo de ritmos
de frequência beta descontrolados e restaura a capacidade dos
interneurônios de regular os ritmos no corpo estriado do cérebro,
melhorando o movimento, sugere o estudo.
Pessoas com
doença de Parkinson e seus médicos enfrentam muitas incógnitas,
incluindo a resposta para exatamente como a estimulação cerebral
profunda (DBS) alivia alguns dos sintomas motores que os pacientes
experimentam. Em um novo estudo, cientistas da Universidade de Boston
e do Instituto Picower para Aprendizagem e Memória do MIT apresentam
um modelo detalhado explicando a dinâmica do circuito subjacente,
fornecendo uma explicação que, se confirmada experimentalmente,
pode melhorar ainda mais a terapia.
Entre as coisas que se
sabe sobre a doença de Parkinson é que um déficit do
neuromodulador dopamina está associado a ritmos de frequência beta
anormalmente altos (ondas cerebrais com frequência de cerca de 20
Hz). DBS, envolvendo a entrega de estimulação elétrica de alta
frequência a uma região chamada núcleo subtalâmico (STN),
aparentemente suprime esses ritmos beta elevados, restaurando um
equilíbrio mais saudável com outras frequências de ritmo e melhor
controle de movimento.
O novo modelo computacional baseado
em biofísica descrito no Proceedings of the National Academy of
Sciences postula que o efeito benéfico do DBS surge de como ele
interrompe um ciclo vicioso promovendo beta descontrolado em um
circuito de loop entre o STN e uma região chamada estriado. Em 2011,
a coautora do estudo Michelle McCarthy, professora assistente de
pesquisa de matemática e estatística na BU, usou modelos
matemáticos para mostrar como, na ausência de dopamina, o beta
descontrolado pode surgir no corpo estriado devido à excitação
excessiva entre as células que habitam o corpo estriado chamadas de
meio. neurônios espinhosos (MSNs).
O modelo, liderado
pelo pós-doutorando do Instituto Picower, Elie Adam, baseia-se na
descoberta de McCarthy. Juntando-se a Adam e McCarthy estão os
co-autores Emery N. Brown, Edward Hood Taplin Professor de Engenharia
Médica e Neurociência Computacional no MIT e Nancy Kopell, William
Fairfield Warren Distinguished Professor de Matemática e Estatística
na BU. O trabalho do quarteto postula que, em condições saudáveis,
com dopamina adequada, as células do estriado chamadas
interneurônios de pico rápido (FSIs) podem produzir ritmos de
frequência gama (30-100 Hz) que regulam a atividade beta dos MSNs.
Mas sem dopamina, os FSIs são incapazes de limitar a atividade do
MSN e o beta passa a dominar todo um circuito que conecta o STN aos
FSIs, aos MSNs, a outras regiões e depois de volta ao STN.
"A
gama FSI é importante para manter o beta do MSN sob controle",
disse Adam. “Quando os níveis de dopamina caem, os MSNs podem
produzir mais beta e os FSIs perdem sua capacidade de produzir gama
para extinguir esse beta, então o beta fica selvagem. sua
amplificação."
Quando a estimulação de alta
frequência DBS é aplicada ao STN, mostra o modelo, que substitui a
entrada beta esmagadora recebida pelos FSIs e restaura sua
excitabilidade. Revigorados e liberados desses grilhões beta, os
interneurônios retomam a produção de oscilações gama (cerca de
metade da frequência de estimulação DBS, normalmente em 135 Hz)
que então suprimem a atividade beta dos MSNs. Com os MSNs não
produzindo muito beta, o loop que leva de volta ao STN e depois aos
FSIs não é mais dominado por essa frequência.
“O DBS
impede que o beta se propague em direção aos FSIs para que não
seja mais amplificado e, em seguida, por FSIs excitantes adicionais,
restaura a capacidade dos FSIs de produzir fortes oscilações gama,
que por sua vez inibem o beta em sua fonte”, disse Adam.
O
modelo revela outra ruga importante. Em circunstâncias normais,
diferentes níveis de dopamina ajudam a moldar a gama produzida pelos
FSIs. Mas os FSIs também recebem informações do córtex cerebral.
Na doença de Parkinson, onde a dopamina está ausente e o beta se
torna dominante, os FSIs perdem sua flexibilidade regulatória, mas
em meio ao DBS, com a dominância beta interrompida, os FSIs podem
ser modulados pela entrada do córtex, mesmo com a dopamina ainda
ausente. Isso lhes permite uma maneira de estrangular a gama que
fornecem aos MSNs e permitir uma expressão harmoniosa dos ritmos
beta, gama e teta.
Ao fornecer uma explicação profunda
baseada na fisiologia de como o DBS funciona, o estudo também pode
oferecer aos médicos pistas sobre como fazê-lo funcionar melhor
para os pacientes, disseram os autores. A chave é encontrar os
ritmos gama ideais dos FSIs, que podem variar um pouco de paciente
para paciente. Se isso puder ser determinado, o ajuste da frequência
de estimulação DBS para promover essa saída gama deve garantir os
melhores resultados.
Antes que isso possa ser testado, no
entanto, as descobertas fundamentais do modelo precisam ser validadas
experimentalmente. O modelo faz previsões necessárias para que
esses testes continuem, disseram os autores.
Os Institutos Nacionais de Saúde forneceram financiamento para a pesquisa. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Sciencedaily.
