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Neuromodulation:腦電圖評估脊髓電刺激相關(guān)神經(jīng)調(diào)控活動

來源:泰然健康網(wǎng) 時間:2024年12月19日 00:04

2022-01-12 MedSci原創(chuàng) MedSci原創(chuàng)

人們對不同模式的脊髓刺激 (SCS) 如何抑制疼痛知之甚少。 作用機制可能存在于脊髓局部,但也涉及更大的網(wǎng)絡(luò),包括皮層下和皮層大腦結(jié)構(gòu)。 SCS 的強直、爆發(fā)和高頻模式原則上可以在這個網(wǎng)絡(luò)中引入不同的

人們對不同模式的脊髓刺激 (SCS) 如何抑制疼痛知之甚少。 作用機制可能存在于脊髓局部,但也涉及更大的網(wǎng)絡(luò),包括皮層下和皮層大腦結(jié)構(gòu)。 SCS 的強直、爆發(fā)和高頻模式原則上可以在這個網(wǎng)絡(luò)中引入不同的時間活動模式,而最終必須對疼痛抑制產(chǎn)生特定的影響。 本文采用高密度腦電圖 (EEG) 和最近開發(fā)的空間濾波技術(shù)來減少 SCS 偽影并增強與 SCS 神經(jīng)調(diào)節(jié)特別相關(guān)的 EEG 信號。文章發(fā)表在《Neuromodulation: Technology at the Neural Interface》。

數(shù)據(jù)是從四名慢性疼痛患者的樣本中收集的,這些患者接受了頸椎或胸椎硬膜外脊髓刺激以治療由于外周和脊髓損傷引起的神經(jīng)性疼痛?;颊哂卸喾N病因,包括復(fù)雜區(qū)域疼痛綜合征 (CRPS) 和脊髓海綿狀血管瘤出血導(dǎo)致的中央脊髓疼痛。在最終植入刺激發(fā)生器幾天后記錄了四名患者中的三名,這是在證明 SCS 療效的試驗期之后。四名患者中的一個被記錄了兩次,在第一次會議中,在測試植入后兩天,刺激發(fā)生器仍然在外部,在第二次治療中,在刺激發(fā)生器最終植入后一天,14 天后。實驗符合赫爾辛基宣言,并得到馬格德堡奧托馮格里克大學(xué)倫理委員會 (135/19) 的批準(zhǔn)。

SCS對大腦振蕩的神經(jīng)調(diào)節(jié)作用分析

使用 Brainamp 記錄系統(tǒng)(Brain Products GmbH,Germany)從 61 個頭皮標(biāo)準(zhǔn)位置記錄腦電圖(EEG),電極 AFz 接地,F(xiàn)Cz 參考。額外的皮膚電極被放置在面部、頸部和手臂上,以測量眼球運動、心電圖和與 SCS 相關(guān)的偽影。 SCS 患者舒適地坐在隔音、電屏蔽的錄音室中,始終與實驗者接觸。對于每種 SCS 模式和 SCS 關(guān)閉的情況,以 3 到 5 分鐘的間隔記錄了睜眼的靜息狀態(tài)腦電圖。在塊之間,實驗者使用 SCS 遙控器為下一個記錄塊選擇刺激模式。在所有五個療程中都記錄了一個強直刺激(TONIC 模式)。在四個療程中,強直脈搏頻率為 40 Hz(患者 1、3 和 4),一個為 80 Hz。

得注意的是,分析不是針對特定模式參數(shù)之間的詳細(xì)差異,而是針對模式之間的一般差異。在患者 1 的四個療程中記錄了脈沖頻率為 200 Hz 和突發(fā)頻率為 40 Hz 的主動充電爆發(fā)刺激(BURST 模式)和設(shè)置為 1200 Hz 脈沖頻率(HF 模式)的高頻刺激塊。在三個療程(患者 3 和 4)中,記錄了 2 Hz(LF 模式)的低頻刺激塊,以表征對單個 SCS 脈沖的反應(yīng)。對于 BURST,刺激強度始終保持在誘發(fā)感覺異常的閾值水平以下 20%,對于 HF 模式,刺激強度低于閾值水平 30%。對于 TONIC 模式,將刺激強度設(shè)置為患者在感覺異常閾值時感到舒適的水平。在所有會話中,我們最終記錄了 SCS 關(guān)閉(關(guān)閉狀態(tài))的休息塊。我們將不同模式下 SCS 期間的靜息腦電圖與每個會話中相應(yīng)的 OFF 條件進行了比較。我們沒有告知受試者所選的 SCS 模式;盡管他們不能完全被切換模式所蒙蔽。我們使用最大可能的 5000 Hz 采樣率進行腦電圖記錄,以減少 SCS 偽影造成的失真。使用偽影和偽影后間隔中的平均 EEG 響應(yīng)作為目標(biāo)信號,分別設(shè)計用于偽影衰減的空間 SCS 偽影濾波器和用于增強神經(jīng)調(diào)節(jié)信號的 SCS 響應(yīng)濾波器。

用于偽影衰減 (SFA) 和響應(yīng)增強 (SFR) 的空間濾波器

在對 SCS 有反應(yīng)的腦電區(qū)域中,神經(jīng)調(diào)節(jié)在所有 SCS 模式下都大大降低了 theta 和低 alpha 范圍(6-10 Hz)的活動。 所有患者的結(jié)果都是一致的,并且與疼痛的丘腦皮質(zhì)節(jié)律失常假說一致。 只有在將感覺異常作為副作用的強直模式下,SCS 也持續(xù)且強烈地降低高伽馬活性 (>84 Hz)。雖然幾十年來 SCS 一直是神經(jīng)性疼痛的臨床有效治療方法,但其作用機制,特別是其對脊髓上神經(jīng)元處理的影響,仍未完全了解。由于其節(jié)律性,SCS 可能與正在進行的神經(jīng)同步節(jié)律相互作用。

然而,深入了解這種相互作用是困難的。 SCS 電生理分析的主要問題是,SCS 誘發(fā)的大腦反應(yīng)和正在進行的大腦活動中與 SCS 相關(guān)的變化很難與刺激偽影和非特異性警覺效應(yīng)分開。然而,通過空間濾波,我們大大減少了 SCS 偽影,并特別增強了 SCS 調(diào)制的 EEG 活動,揭示了不同 SCS 模式下大腦振蕩的明顯和常見變化。盡管我們?yōu)槿コ?SCS 偽影信號而優(yōu)化的第一個空間濾波器在從正在進行的 EEG 中去除 SCS 偽影方面非常有效,但有時在 SCS 相關(guān)頻率及其諧波處的頻譜峰值的小殘差仍然存在。由于它們在空間濾波后仍然存在,這些峰值與重建的偽影信號的相關(guān)性較低。它們可能是由與我們的偽影信號無關(guān)的隱藏偽影源產(chǎn)生的,或者是由 SCS 誘發(fā)的大腦反應(yīng)時間和鎖相到 SCS 周期的,但與 SCS 偽影本身并不完全相關(guān)。值得注意的是,空間過濾減弱了早期的 SCS 偽影,而不影響 SCS 誘發(fā)的反應(yīng),這表明存在與偽影不相關(guān)的晚期反應(yīng)。與神經(jīng)調(diào)節(jié)期間減少電刺激偽影的其他方法相比,的分析流程非常有效 。

EEG 頻譜分析與空間濾波相結(jié)合,可以對 SCS 相關(guān)的神經(jīng)調(diào)節(jié) EEG 活動進行空間和時間特異性評估,有助于解開 SCS 的治療和副作用的機制。

Buentjen, L., Vicheva, P., Chander, B., Beccard, S.-A., Coutts, C., Aza?ón, E., Stenner, M.-P. and Deliano, M. (2021), Spatial Filtering of Electroencephalography Reduces Artifacts and Enhances Signals Related to Spinal Cord Stimulation (SCS). Neuromodulation: Technology at the Neural Interface, 24: 1317-1326. https://doi.org/10.1111/ner.13266

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