< Terug naar vorige pagina
Project
Deep brain stimulation and recording using the Synapse platform: applications in obsessive-compulsive disorder and anorexia nervosa.
Diepe hersenstimulatie is een neurochirurgische interventie die gebruikt wordt voor de behandeling van bepaalde refractaire psychiatrische stoornissen. Bij conventionele diepe hersenstimulatie wordt continu elektrische stroom toegediend in een specifieke hersenstructuur zonder enige vorm van biologische terugkoppeling. Recente technologische vooruitgang laat echter gelijktijdige diepe hersenstimulatie en registratie van hersensignalen met geïmplanteerde elektroden toe, waardoor elektrische stimulatie aangepast kan worden in functie van de neuronale activiteit. Preliminaire experimenten hebben aangetoond dat dergelijk closed-loop diepe hersenstimulatie superieur is vergeleken met conventionele diepe hersenstimulatie in de ziekte van Parkinson, maar dit werd nog niet getest bij psychiatrische stoornissen.
Obsessieve-compulsieve stoornis (OCS) is de eerste psychiatrische aandoening behandeld met diepe hersenstimulatie, en de klinische doeltreffendheid van diepe hersenstimulatie in de bed nucleus van de stria terminalis (BNST) voor refractaire OCS is tijdens het voorbije decennium erkend. De BNST is betrokken bij de verwerking van angst en beloning, beide deel van de klinische symptomen van OCS. Hoewel specifieke neuronale groepen in de BNST gerelateerd aan het verwerken van angst en beloning geïdentificeerd zijn, zijn local field potentials (LFPs), een vorm van neuronale signalen bruikbaar voor closed-loop elektrische stimulatie, tijdens obsessie/compulsie nog niet bestudeerd. Een neuroelektrofysiologische biomerker voor obsessie/compulsie in de vorm van LFP is essentieel in de ontwikkeling van closed-loop diepe hersenstimulatie voor OCS.
Het hoofddoel van dit project is kennis te verwerven over verschillende aspecten van closed-loop diepe hersenstimulatie in de BNST in een diermodel voor OCS (compulsief drinken in het schedule-induced polydipsia model, SIP). Het uiteindelijke doel is de huidige behandeling met diepe hersenstimulatie voor OCS te verbeteren door het gebruik van closed-loop technologie.
In het huidige werk valideerden we het SIP model, ontwikkelden en testten we een nieuwe gedragsanalyse en onderzochten we het effect van diepe hersenstimulatie in de BNST op compulsies. Onze data toonden dat SIP conditionering compulsief drinkgedrag in ratten succesvol kan induceren, en dat de gedragsanalyse gebaseerd op video dit compulsief gedrag kan extraheren en analyseren.Diepe hersenstimulatie in de BNST zorgde voor een significante onderdrukking van het compulsieve drinken maar had geen significant effectop het niet-compulsieve drinken. Diepe hersenstimulatie in een willekeurige controleregio had geen significant effect op het compulsief drinkgedrag.
Vervolgens voerden we een tijd-frequentie analyse uit op de LFPs geregistreerd in de BNST tijdens het compulsief drinkgedrag, en ontdekten we dat er een correlatie is tussen de relatieve delta (1-4 Hz) oscillaties en de compulsies. Meer specifiek was de power van de relatieve delta band in de rechter BNST significant hoger tijdens compulsies vergeleken met voor en na compulsief gedrag. Deze resultaten schuiven delta oscillaties in de rechter BNST naar voor als een potentiële neuronale biomerker voor compulsie. Ten slotte werd een closed-loop systeem voor experimentele doeleinden ontwikkeld en gevalideerd in ratten. We gebruikten een open-source microcontroller waarmee hippocampale LFPs gebruikt werden om elektrische stimulatie in de mesencephalische reticulaire formatie (mRt) te sturen. Er is reeds uitvoerig aangetoond dat hippocampale theta oscillaties sterk gerelateerd zijn aan voortbeweging, terwijl elektrischestimulatie van de mRt freezing veroorzaakt. We toonden aan dat vergeleken met geen stimulatie, closed-loop diepe hersenstimulatie voortbewegingsignificant onderdrukt, terwijl continue en willekeurige diepe hersenstimulatie geen significante effecten hadden op de voortbeweging. Deze resultaten valideerden ons closed-loop systeem.
Naast het onderzoek van closed-loop diepe hersenstimulatie voor OCS, onderzochten we ook het effect van diepe hersenstimulatie voor anorexia nervosa, een opkomende psychiatrische indicatie voor diepe hersenstimulatie. We werkten hiervoor ook protocol uit voor een klinische studie voor toekomstig onderzoek. Een analyse van gedragskarakteristieken in een ratmodel voor anorexia nervosa werd ook uitgevoerd.
Ten slotte onderzochten we een aantal wettelijke en ethische aspecten van neurochirurgievoor psychiatrische stoornissen. Samen met verschillende andere onderzoeksgroepen wereldwijd publiceerden we een document waarin een consensus aangegeven wordt voor klinische richtlijnen voor neurochirurgie voor psychiatrische stoornissen.
Obsessieve-compulsieve stoornis (OCS) is de eerste psychiatrische aandoening behandeld met diepe hersenstimulatie, en de klinische doeltreffendheid van diepe hersenstimulatie in de bed nucleus van de stria terminalis (BNST) voor refractaire OCS is tijdens het voorbije decennium erkend. De BNST is betrokken bij de verwerking van angst en beloning, beide deel van de klinische symptomen van OCS. Hoewel specifieke neuronale groepen in de BNST gerelateerd aan het verwerken van angst en beloning geïdentificeerd zijn, zijn local field potentials (LFPs), een vorm van neuronale signalen bruikbaar voor closed-loop elektrische stimulatie, tijdens obsessie/compulsie nog niet bestudeerd. Een neuroelektrofysiologische biomerker voor obsessie/compulsie in de vorm van LFP is essentieel in de ontwikkeling van closed-loop diepe hersenstimulatie voor OCS.
Het hoofddoel van dit project is kennis te verwerven over verschillende aspecten van closed-loop diepe hersenstimulatie in de BNST in een diermodel voor OCS (compulsief drinken in het schedule-induced polydipsia model, SIP). Het uiteindelijke doel is de huidige behandeling met diepe hersenstimulatie voor OCS te verbeteren door het gebruik van closed-loop technologie.
In het huidige werk valideerden we het SIP model, ontwikkelden en testten we een nieuwe gedragsanalyse en onderzochten we het effect van diepe hersenstimulatie in de BNST op compulsies. Onze data toonden dat SIP conditionering compulsief drinkgedrag in ratten succesvol kan induceren, en dat de gedragsanalyse gebaseerd op video dit compulsief gedrag kan extraheren en analyseren.Diepe hersenstimulatie in de BNST zorgde voor een significante onderdrukking van het compulsieve drinken maar had geen significant effectop het niet-compulsieve drinken. Diepe hersenstimulatie in een willekeurige controleregio had geen significant effect op het compulsief drinkgedrag.
Vervolgens voerden we een tijd-frequentie analyse uit op de LFPs geregistreerd in de BNST tijdens het compulsief drinkgedrag, en ontdekten we dat er een correlatie is tussen de relatieve delta (1-4 Hz) oscillaties en de compulsies. Meer specifiek was de power van de relatieve delta band in de rechter BNST significant hoger tijdens compulsies vergeleken met voor en na compulsief gedrag. Deze resultaten schuiven delta oscillaties in de rechter BNST naar voor als een potentiële neuronale biomerker voor compulsie. Ten slotte werd een closed-loop systeem voor experimentele doeleinden ontwikkeld en gevalideerd in ratten. We gebruikten een open-source microcontroller waarmee hippocampale LFPs gebruikt werden om elektrische stimulatie in de mesencephalische reticulaire formatie (mRt) te sturen. Er is reeds uitvoerig aangetoond dat hippocampale theta oscillaties sterk gerelateerd zijn aan voortbeweging, terwijl elektrischestimulatie van de mRt freezing veroorzaakt. We toonden aan dat vergeleken met geen stimulatie, closed-loop diepe hersenstimulatie voortbewegingsignificant onderdrukt, terwijl continue en willekeurige diepe hersenstimulatie geen significante effecten hadden op de voortbeweging. Deze resultaten valideerden ons closed-loop systeem.
Naast het onderzoek van closed-loop diepe hersenstimulatie voor OCS, onderzochten we ook het effect van diepe hersenstimulatie voor anorexia nervosa, een opkomende psychiatrische indicatie voor diepe hersenstimulatie. We werkten hiervoor ook protocol uit voor een klinische studie voor toekomstig onderzoek. Een analyse van gedragskarakteristieken in een ratmodel voor anorexia nervosa werd ook uitgevoerd.
Ten slotte onderzochten we een aantal wettelijke en ethische aspecten van neurochirurgievoor psychiatrische stoornissen. Samen met verschillende andere onderzoeksgroepen wereldwijd publiceerden we een document waarin een consensus aangegeven wordt voor klinische richtlijnen voor neurochirurgie voor psychiatrische stoornissen.
Datum:1 jan 2011 → 31 dec 2014
Trefwoorden:Deep brain stimulation, anorexia nervosa., Synapse platform, obsessive-compulsive disorder, recording
Disciplines:Morfologische wetenschappen, Ontdekking en evaluatie van biomarkers, Ontdekking en evaluatie van geneesmiddelen, Medicinale producten, Farmaceutica, Farmacognosie en fytochemie, Farmacologie, Farmacotherapie, Toxicologie en toxinologie, Andere farmaceutische wetenschappen, Biomechanica, Neurowetenschappen, Biologische en fysiologische psychologie, Cognitieve wetenschappen en intelligente systemen, Ontwikkelingspsychologie en veroudering
Project type:PhD project