Antonia Auchter

• Die tiefe Hirnstimulation ist eine etablierte und hocheffiziente operative Behandlungsmethode für Patienten mit idiopathischem Parkinson- Syndrom (IPS). Als Zielgebiet dient in den meisten Fällen der Nucleus subthalamicus. Die Indikationen zur Implantation einer tiefen Hirnstimulation (THS) sind medikamentös nicht behandelbare motorische Fluktuationen und Dyskinesien oder ein medikamentös nicht kontrollierbarer Tremor. Bislang erfolgt eine kontinuierliche Stimulation. Little et al. konnten jedoch bereits in ihrer 2013 veröffentlichen StudieDie tiefe Hirnstimulation ist eine etablierte und hocheffiziente operative Behandlungsmethode für Patienten mit idiopathischem Parkinson- Syndrom (IPS). Als Zielgebiet dient in den meisten Fällen der Nucleus subthalamicus. Die Indikationen zur Implantation einer tiefen Hirnstimulation (THS) sind medikamentös nicht behandelbare motorische Fluktuationen und Dyskinesien oder ein medikamentös nicht kontrollierbarer Tremor. Bislang erfolgt eine kontinuierliche Stimulation. Little et al. konnten jedoch bereits in ihrer 2013 veröffentlichen Studie zeigen, dass eine adaptive Stimulation, gemessen am UPDRS, um 27 % effektiver war und entsprechend die Stimulationszeit um 56 % gesenkt werden konnte. Voraussetzung für die Anwendbarkeit einer adaptiven Stimulation im klinischen Alltag ist der Nachweis eines oder mehrerer Physiomarker, welche als Rückkopplungssignal für den Stimulationsbeginn dienen. Diese Marker müssen verlässlich mit dem Auftreten und der Ausprägung der Bewegungsstörungen korrelieren. Die Systeme müssen die Signale auslesen und entsprechend darauf reagieren können, damit ein sogenanntes Closed- loop- Verfahren entstehen kann. Bei diesen Markern handelt es sich um sogenannte lokale Feldpotenzialaktivitäten, das heißt niederfrequente Potentialänderungen von Zellen in subkortikalen Arealen des Gehirns, welche über Elektroden der THS abgeleitet werden können. Der Stimulator Activa PC+S (Medtronic) ermöglicht es erstmalig Aufzeichnungen von LFP- Daten, außerhalb eines experimentellen Laboraufbaus, mittels dauerhaft implantiertem Gerät vorzunehmen und damit auch Langzeitanalysen durchzuführen. Erkenntnisse vergangener Studien ergaben, dass die synchronisierte, pathologisch gesteigerte oszillatorische Aktivität im Beta-Frequenzband (13- 35 Hz) eine bedeutende Rolle im Bezug auf die Pathophysiologie des IPS spielt und als krankheitsspezifische Aktivität gilt. Es konnte bereits belegt werden, dass die Verbesserung der motorischen Symptome (Bradykinese und Rigor) mit dem Ausmaß der Suppression der Betaband- Aktivität korreliert. Die Betabandaktivität als lokale Feldpotentialaktivität kann als Physiomarker einer adaptiven Stimulation dienen. Unser Hauptaugenmerk galt daher der Analyse der Betabandaktivität oder anderer Frequenzbereiche während des Schlafes um hier die THS bedarfsgerecht einzusetzen. Hierfür wurden nächtliche subkortikale LFP- Aufzeichnungen parallel zur Schlaf- Polysomnographie durchgeführt. Zudem erfolgte in der vorliegenden Arbeit sowohl in unserem Vorversuch als auch in unserem Hauptversuch die Anwendung des UPDRS Teil III zur Erfassung der motorischen Symptome, sowie die Durchführung von Fragebögen zur Erfassung der nicht- motorischen Symptome, insbesondere des Schlafes vor und nach Implantation der tiefen Hirnstimulation. Wir konnten belegen, dass es nach Implantation der THS zu einer Erhöhung der Schlafeffizienz und zu einer Erhöhung des Anteils der Schlafstadien II und III und damit einhergehend zu einer Steigerung der Schlafqualität kommt. Übereinstimmend mit anderen Studien konnten wir zeigen, dass sich die Motorik unter Stimulation deutlich verbessert. Im Vorversuch reduzierte sich der mittlere präoperative MDS- UPDRS III im MedsOFF verglichen mit dem mittleren postoperativ MDS- UPDRS III im MedsOFF/StimON um 37 %. In der PC+S- Studie imponierte eine Reduktion um 67%. Zudem zeigte sich eine Reduktion der nicht- motorischen Symptome durch die THS, insbesondere in der Kategorie Schlaf. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit ergaben außerdem, dass die Betabandaktivität im Schlafstadium II und vor allem im Schlafstadium III am geringsten ist. Im Schlafstadium I und REM ist die Betabandaktivität höher als im Schlafstadium II und III. Hierbei war entscheidend, dass die Patienten eine klar abgrenzbare Betabandaktivität im Wachstadium aufwiesen und die Elektrodenkontakte im dorsolateralen Kerngebiet des STN lokalisiert waren. Gegenläufig dazu verhält sich die Deltaaktivität. Sie ist im Schlafstadium II und besonders im Stadium III am höchsten. Stadium I ist mit durchschnittlich um 7,3 % niedriger als im Wachstadium. Am geringsten ist sie jedoch im REM-Schlafstadium. Indem wir mit der Betabandaktivität und Deltaaktivität in den einzelnen Schlafstadien einen stabilen und reproduzierbaren Physiomarker finden konnten, sind wir unserem Ziel der adaptiven THS ein Stück näher gekommen.…
• Deep brain stimulation is an established and highly efficient surgical treatment modality for patients with idiopathic Parkinson's syndrome (IPS). The target area in most cases is the subthalamic nucleus. The indications for implantation of deep brain stimulation (THS) are motor fluctuations and dyskinesias that cannot be treated with medication or tremor that cannot be controlled with medication. To date, continuous stimulation has been used. However, Little et al. were already able to show in their study published in 2013 that adaptiveDeep brain stimulation is an established and highly efficient surgical treatment modality for patients with idiopathic Parkinson's syndrome (IPS). The target area in most cases is the subthalamic nucleus. The indications for implantation of deep brain stimulation (THS) are motor fluctuations and dyskinesias that cannot be treated with medication or tremor that cannot be controlled with medication. To date, continuous stimulation has been used. However, Little et al. were already able to show in their study published in 2013 that adaptive stimulation was 27% more effective, as measured by UPDRS, and that the stimulation time could be reduced by 56% accordingly. A prerequisite for the applicability of adaptive stimulation in clinical practice is the detection of one or more physiomarkers that serve as feedback signals for the onset of stimulation. These markers must correlate reliably with the occurrence and severity of movement disorders. The systems must be able to read out the signals and react to them accordingly, so that a so-called closed-loop procedure can be created. These markers are so-called local field potential activities, i.e. low-frequency potential changes of cells in subcortical areas of the brain, which can be derived via electrodes of the THS. The Activa PC+S stimulator (Medtronic) makes it possible for the first time to record LFP data outside of an experimental laboratory setup using a permanently implanted device and thus also to perform long-term analyses. Findings of past studies revealed that synchronized, pathologically enhanced oscillatory activity in the beta frequency band (13- 35 Hz) plays a significant role in relation to the pathophysiology of IPS and is considered disease-specific activity. It has already been demonstrated that the improvement of motor symptoms (bradykinesia and rigor) correlates with the extent of suppression of beta-band activity. Beta-band activity as local field potential activity may serve as a physiomarker of adaptive stimulation. Therefore, our main focus was on the analysis of beta-band activity or other frequency ranges during sleep in order to apply THS as needed. For this purpose, nocturnal subcortical LFP recordings were performed in parallel to sleep polysomnography. In addition, the UPDRS Part III was used to record motor symptoms in our preliminary trial as well as in our main trial, and questionnaires were administered to record nonmotor symptoms, especially sleep before and after implantation of deep brain stimulation. We were able to prove that after implantation of THS there is an increase in sleep efficiency and an increase in the proportion of sleep stages II and III and thus an associated increase in sleep quality. Consistent with other studies, we demonstrated that motor function improves significantly under stimulation. In the preliminary trial, the mean preoperative MDS- UPDRS III in MedsOFF was reduced by 37% compared with the mean postoperative MDS- UPDRS III in MedsOFF/StimON. In the PC+S- study, a reduction of 67% was impressive. In addition, THS showed a reduction in non-motor symptoms, especially in the sleep category. The results of the present work also revealed that beta-band activity is lowest in sleep stage II and especially in sleep stage III. In sleep stage I and REM, beta-band activity is higher than in sleep stage II and III. Here, it was crucial that the patients showed a clearly delineable beta-band activity in the waking stage and that the electrode contacts were localized in the dorsolateral nucleus area of the STN. Opposite to this is the delta activity. It is highest in sleep stage II and especially in stage III. Stage I is lower than in the waking stage, with an average of 7.3%. However, it is lowest in the REM sleep stage. By finding a stable and reproducible physiomarker with beta band activity and delta activity in the individual sleep stages, we have come a step closer to our goal of adaptive THS.…