DBS bij epilepsie: hersenen reageren binnen 18 minuten

Onderzoekers van de Amerikaanse Mayo Clinic hebben ontdekt dat diepe hersenstimulatie (DBS) bij mensen met moeilijk behandelbare epilepsie al binnen 18 minuten meetbare veranderingen in de hersenactiviteit veroorzaakt. De bevindingen kunnen op termijn bijdragen aan een meer gepersonaliseerde behandeling. Momenteel duurt het vaak maanden voordat duidelijk wordt of de gekozen instellingen van een DBS-systeem voldoende effect hebben op epileptische aanvallen.

Diepe hersenstimulatie wordt toegepast bij verschillende neurologische aandoeningen, waaronder bepaalde vormen van epilepsie en de ziekte van Parkinson. Bij DBS worden elektroden in specifieke hersengebieden geïmplanteerd die elektrische impulsen afgeven. Daarmee kan de activiteit van hersennetwerken worden beïnvloed.

Bij patiënten met medicatieresistente epilepsie kan DBS helpen om het aantal aanvallen te verminderen. Het bepalen van de optimale stimulatie-instellingen blijft echter ingewikkeld. Omdat epileptische aanvallen onregelmatig optreden en behandelresultaten zich geleidelijk kunnen ontwikkelen, kan het maanden of zelfs jaren duren voordat de juiste instellingen zijn gevonden.

Veranderingen in hersenverbindingen

De onderzoekers van Mayo Clinic onderzochten negen volwassenen met medicatieresistente focale epilepsie. Deze patiënten ondergingen al intracraniële EEG-monitoring als onderdeel van hun reguliere behandeling. Met behulp van deze metingen analyseerden de wetenschappers hoe de communicatie tussen de thalamus en andere hersengebieden veranderde na korte perioden van elektrische stimulatie.

Daarbij werden twee stimulatiepatronen vergeleken. Bij conventionele DBS worden elektrische impulsen in een regelmatig, voorspelbaar ritme toegediend. De onderzoekers vergeleken dit met niet-periodieke stimulatie, waarbij de intervallen tussen de impulsen variëren.

Beide patronen bleken de communicatie tussen hersengebieden op verschillende manieren te beïnvloeden. Vooral in de verbindingen tussen de thalamus en de frontale hersenkwab waren veranderingen zichtbaar. Volgens neurochirurg Jonathon Parker, senior auteur van de studie, laten de resultaten zien dat verschillende stimulatiepatronen verschillende reacties in hersennetwerken kunnen veroorzaken. Het onderzoeksteam wil vaststellen of dergelijke reacties kunnen voorspellen welke stimulatie-instellingen uiteindelijk tot minder epileptische aanvallen leiden.

Sneller bepalen of behandeling aanslaat

Een belangrijk resultaat is dat veranderingen in de hersenconnectiviteit al binnen 18 minuten meetbaar waren. Dat betekent niet dat de behandeling binnen die tijd aantoonbaar epileptische aanvallen vermindert. De onderzoekers hebben vooralsnog uitsluitend veranderingen in de communicatie tussen hersengebieden vastgesteld. Wanneer deze signalen daadwerkelijk verband blijken te houden met langdurige vermindering van epileptische aanvallen, zouden artsen in de toekomst mogelijk sneller kunnen beoordelen of bepaalde instellingen geschikt zijn voor een individuele patiënt.

Daarvoor is aanvullend onderzoek noodzakelijk. De Mayo Clinic heeft het onderzoek inmiddels uitgebreid naar meer deelnemers en onderzoekt of vergelijkbare informatie met minder invasieve meetmethoden kan worden verzameld. Ook wordt gekeken naar de mogelijkheden van machine learning en kunstmatige intelligentie om hersensignalen te analyseren en artsen te ondersteunen bij het instellen van DBS-systemen. Voordat dergelijke algoritmen klinisch kunnen worden toegepast, moeten ze volgens de onderzoekers prospectief worden gevalideerd.

DBS ook onderzocht bij hersenletsel

De bevindingen sluiten aan bij andere onderzoeken waarin wetenschappers proberen diepe hersenstimulatie gerichter toe te passen. Zo berichtten wij onlangs nog over onderzoek van de University of Pittsburgh naar DBS bij spraak- en slikproblemen na traumatisch hersenletsel. In dat onderzoek werd laagfrequente stimulatie van de motorische thalamus toegepast. Bij één patiënt met ernstig spraakverlies en slikproblemen verbeterden de aansturing van gezichtsspieren, de slikcontrole en de verstaanbaarheid.

Tijdens drie testsessies nam de woordverstaanbaarheid met respectievelijk 8, 20 en 16 procent toe wanneer de stimulatie was ingeschakeld. Het ging om een eerste proof-of-conceptonderzoek, waarvan de resultaten nog in grotere studies moeten worden bevestigd. Eerder onderzoek bij twaalf patiënten die langdurige beperkingen hadden na een beroerte liet eveneens zien dat DBS in combinatie met intensieve fysiotherapie mogelijk kan bijdragen aan herstel van arm- en handfuncties.

Gepersonaliseerde hersenstimulatie

De nieuwe studie van Mayo Clinic laat zien dat de reactie van hersennetwerken op elektrische stimulatie relatief snel en objectief kan worden gemeten. De belangrijkste vervolgvraag is of deze vroege veranderingen ook betrouwbare voorspellers zijn van het uiteindelijke behandelresultaat. Als dat verband wordt aangetoond, kan het afstellen van DBS-systemen mogelijk verschuiven van langdurig proberen en evalueren naar een aanpak die mede wordt gestuurd door meetbare hersensignalen.

Voorlopig blijft die toepassing toekomstmuziek. De studie omvatte slechts negen patiënten en toont nog geen verband aan tussen de gemeten hersenreacties en langdurige vermindering van epileptische aanvallen.