28-NOV-2017 - Raros registros de cérebro intra-operatório identificam nova conexão cerebral que pode ser um alvo para melhorar os sintomas cognitivos na doença de Parkinson
Um estudo multidisciplinar de neurociência usando gravações cerebrais raras e intra-operatórias sugere que a estimulação de baixa freqüência de uma região cerebral profunda pode ser capaz de melhorar a função cognitiva em pacientes com doença de Parkinson (DP). Os achados do estudo, publicados no dia 28 de novembro na revista Brain, também sugerem o potencial mais amplo de estimulação cerebral para o tratamento de outras doenças cognitivas.
O novo trabalho de neurologistas e neurocirurgiões com o Iowa Neuroscience Institute na Universidade de Iowa fornece a primeira prova direta de uma conexão no cérebro humano entre a região pensante do cérebro (o córtex frontal) e uma estrutura mais profunda chamada núcleo subtalâmico ( STN) que está envolvida no controle do movimento. O estudo também mostra que a estimulação da STN em baixas frequências melhora o desempenho de pacientes com DP em uma tarefa cognitiva simples que geralmente é interrompida pela DP.
"Não é muito frequente que você identifique uma nova conexão no cérebro humano", diz Nandakumar Narayanan, MD, PhD, UI professor assistente de neurologia na UI Carver College of Medicine e autor de estudo sênior. "A existência deste caminho hiperdireto do córtex pré-frontal para a STN tem sido divulgada cerca de uma década, mas esta é a primeira vez que mostramos experimentalmente que existe e funciona nas pessoas.
"Nós também fomos capazes de mostrar que, se estimularmos a STN, mudamos a atividade cortical frontal e pensamos que é por esse caminho", acrescenta. "E se estimulamos a STN e alteramos a atividade cortical, podemos realmente mudar o comportamento de forma benéfica, melhorando o desempenho cognitivo dos pacientes".
A doença de Parkinson é uma condição neurodegenerativa progressiva que afeta cerca de um milhão de pessoas nos Estados Unidos. A estimulação cerebral profunda da STN em altas freqüências já está aprovada para tratar problemas de movimento em alguns pacientes com DP. Além de causar problemas de movimento, a DP também afeta o pensamento. Os novos achados aumentam a possibilidade de que a estimulação cerebral profunda da STN em uma freqüência diferente (baixa) também possa melhorar os sintomas cognitivos na DP e, possivelmente, mesmo em outras doenças neurológicas e psiquiátricas.
Ouvindo no cérebro
A equipe foi capaz de mapear a conexão STN-cortex por "ouvir" na atividade cerebral durante cirurgias para implantar eletrodos de estimulação cerebral profunda (DBS) em pacientes com DP.
O neurocirurgião Jeremy Greenlee, MD, conduz mais de 30 dessas cirurgias a cada ano e sua experiência foi vital para o experimento de mapeamento. Usando eletrodos de gravação especializados colocados dentro dos cérebros dos pacientes, Greenlee escuta a atividade do cérebro para colocar com precisão o dispositivo DBS. Esses eletrodos também permitem a gravação direta da atividade cerebral para fins experimentais em pacientes que estão acordados durante o procedimento sem adicionar nenhum risco. Este tipo de gravações intra-operatórias não é muito comum, mas Greenlee e seus colegas de UI possuem uma longa experiência na técnica.
Durante a cirurgia, os pacientes fizeram uma tarefa cognitiva simples como forma de estimular uma parte do cérebro ao registrar atividade elétrica de outras partes que estão conectadas. Ouvir a atividade neural durante a tarefa permitiu ao time mapear a conexão.
"Nós fomos capazes de evocar uma resposta para mostrar a conexão funcional", explica Greenlee. "A resposta muito rápida sugere uma única conexão direta sináptica - é o que significa hiperdireto".
A estimulação melhora o desempenho cognitivo
Tendo estabelecido a existência da conexão hiperdiretiva, os pesquisadores investigaram o efeito da estimulação STN de baixa freqüência nas habilidades cognitivas. A equipe de Narayanan usa uma tarefa de pensamento muito simples - estimando com precisão a passagem de um curto intervalo de tempo - para estudar comprometimento cognitivo em pacientes com DP e modelos animais de DP.
Durante as visitas de acompanhamento pós-cirurgia, os pesquisadores fizeram a tarefa de tempo de intervalo com o estimulador DBS configurado para uma das três configurações: alta freqüência (normal para controle de movimento), sem estimulação ou baixa freqüência de 4 Hz. Somente a estimulação de 4 Hz melhorou o desempenho dos pacientes no teste de tempo.
Pesquisas anteriores dos laboratórios de Narayanan mostraram que as pessoas com modelos de DP e roedores da doença estão faltando uma onda cerebral específica conhecida como onda delta em seu córtex frontal enquanto eles estão fazendo a tarefa de tempo. A onda delta cicatriza a uma frequência de cerca de 4 Hz.
"Quando estimulamos a STN a 4 Hz, a onda delta é restaurada no córtex frontal médio", diz Narayanan. "Ao estimular a STN podemos resgatar a atividade cortical (que é interrompida na DP) e podemos melhorar o comportamento cognitivo".
Os pesquisadores pensam que as freqüências são como canais de comunicação entre redes. Se duas redes estão trabalhando juntas na mesma freqüência, essa pode ser uma maneira única de interagir e interagir com as informações.
"O fato de que somos capazes de testar muitas das nossas idéias (que provêm dos estudos de roedores) sobre como as redes neurais funcionam nos seres humanos que se exercitam, é algo que eu nunca sonhei, eu poderia fazer, mas isso nos permite para fazer perguntas que possam realmente ajudar muitas pessoas ", diz Narayanan.
"É emocionante potencialmente ter uma maneira de melhorar a cognição que poderia mudar a vida para os pacientes", acrescenta Greenlee.
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Além de Narayanan e Greenlee, a equipe de estudo da UI incluiu Ryan Kelley, Oliver Flouty, Eric Emmons, Youngcho Kim, Johnathan Kingyon, Jan Wessel e Hiroyuki Oya.
O estudo foi financiado em parte por uma doação do Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e AVC (NINDS) a Narayanan (R01 NS100849). Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Eurekalert.
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