פיענוח השפעת מצבי ראייה על אותות משוב באלקטודות מוחיות אדפטיביות בהפרעות תנועה

מדוע עצימת העיניים חשובה לאימפלנטים מוחיים

לאנשים החיים עם מחלת פרקינסון או דיסטוניה, גירוי מוחי עמוק (DBS) יכול לפעול כקוצב עבור מעגלי מוח שמורים. מערכות "אדפטיביות" חדשות מבטיחות לכוונן את הגירוי בזמן אמת על ידי האזנה לאיתותי מוח. המאמר הזה מראה שמשהו פשוט ויומיומי כמו עצימת עיניים יכול לשנות בעוצמה אותות אלה, כלומר שאימפלנטים עתידיים יצטרכו תחילה לזהות את מצבו של האדם לפני שיחליטו כיצד לגרות.

קוצבים מוחיים שלומדים ומסתגלים

DBS מסורתי מספק פולסים חשמליים קבועים לאזורים עמוקים במוח לאורך כל הזמן. למרות שזה יכול להקל על תסמינים כמו רעד ונוקשות, זה עלול גם לבזבז סוללה ולגרום לתופעות לוואי, כי עוצמת הגירוי לא משתנה כשמצבו של המטופל משתנה. מטרת ה-DBS האדפטיבי היא לתקן זאת על ידי הגברת או הפחתת הזרם בהתאם ל"פוטנציאלים שדה מקומיים" (local field potentials), מתחים קצובים קטנים הנרשמים מאותו האלקטרודה שמספקת את הטיפול. קצבים אלה חזקים במיוחד במבנים הקרויים גרעין תת-קליפתית (subthalamic nucleus, STN) וגלובוס פאלידוס אינטרנוס (globus pallidus internus, GPi), צמתים מרכזיים ברשת התנועה.

כשהראייה נרגעת, קצבי מוח עמוקים משתנים

החוקרים עקבו אחרי 36 מטופלים — 18 עם מחלת פרקינסון ו-18 עם דיסטוניה — בימים שלאחר ניתוח ה-DBS. הם הקליטו פעילות מוחית מתוך אלקטרודות ב-STN או ב-GPi וכן מהקרקפת בזמן שהמטופלים נחו עם עיניים פקוחות, עיניים עצומות או ישנים. עצימת העיניים הגברה בעקביות קצבים איטיים במבנים העמוקים, במיוחד בטווחי תטא ואלפא, שהם אותות רבים ממערכות ה-DBS האדפטיביות עוקבות אחריהם. ההגברה הזאת הייתה בולטת יותר ב-STN, המחובר בקשר הדוק לפני שטח החשיבה החיצוני של המוח, ופחות ב-GPi. השינה הציגה דפוס שונה נוסף, עם גלי מאוד איטיים חזקים במיוחד.

הפרעות שונות, טביעות אצבע של אות שונות

מחלת פרקינסון ודיסטוניה כבר יש להן "טביעות אצבע" קצביות שונות, והממצא מצא שעצימת העיניים שינתה טביעות אלה במעט אופנים שונים. בשתי ההפרעות, העוצמה בתדרים נמוכים ואלפא ירדה כשהמטופלים פתחו שוב את עיניהם. אך בפרקינסון הופיעה ירידה נוספת בעוצמת תטא שלא נצפתה בדיסטוניה. כתוצאה מכך, לאחר פתיחת העיניים, אנשים עם דיסטוניה שמרו על יותר פעילות תטא מאשר אלה עם פרקינסון. ממצא זה מדגיש כי אותו אות מוחי עמוק יכול לשקף גם מחלה וגם שינויים שגרתיים ברמת הערנות, מה שהופך את הטיפול בכל תדר בודד לסמן פשוט של תסמינים למסוכן.

רשתות מוח מדברות יותר כשעיניים סגורות

מעבר לעוצמת הקצבים עצמם, הצוות בדק גם עד כמה המבנים העמוקים והקורטקס זזים בסינכרון. באמצעות שיטה המתמקדת בתקשורת אמיתית במקום רעש משותף פשוט, הם מצאו שעצימת העיניים הגדילה פעילות מתואמת בתדרים נמוכים ובטווח האלפא בין ה-STN לאזורים מרכזיים על הקרקפת מעל הקורטקס הסנסורימוטורי. גם ה-GPi הראה חיבור אלפא חזק יותר לקורטקס בעיניים עצומות, אם כי במידה מתונה יותר וללא הבדלים אזוריים ברורים. ממצאים אלה מציעים שעצירות עם עיניים עצומות משנות לא רק פעילות מקומית אלא גם דפוסי תקשורת רחבים יותר של רשת התנועה.

ללמד מכונות לזהות מצבים פנימיים

מכיוון שאימפלנטים עתידיים צפויים להשתמש באלגוריתמים לקריאת אותות מוחיים, החוקרים בדקו האם מודלים פשוטים של למידת מכונה יכלו להבחין בין עיניים פקוחות לעיניים עצומות בהתבסס אך ורק על הקצבים הללו. על ידי הזנת סרטים תדריים מרובים לממיינים, הם הצליחו לזהות את מצב העיניים בדיוק של כ-88 אחוזים בעזרת אותות STN וכ-77 אחוזים בעזרת אותות GPi, הן בפרקינסון והן בדיסטוניה. מודלים לא-ליניאריים שמסוגלים לתפוס דפוסים מורכבים יותר הופיעו אף טוב יותר, והפענוח הטוב ביותר הגיע מאזורים סנסורימוטוריים שמקושרים ישירות לתנועה.

לכיוון גירוי מוחי חכם ומודע-הקשר

במלים פשוטות, המחקר מראה ששינויים רגילים ובריאים ברמת הערנות או במידת המעורבות הראייתית של אדם יכולים לשנות בעוצמה את גלי המוח שעליהם מסתמכות מערכות DBS אדפטיביות. אם אימפלנט יגיב בפשטות בכל פעם שפס קול חוצה סף קבוע, הוא עלול לפרש שינויים מצבית כהתפרצות מחלה ולהגביר או להפחית גירוי בצורה לא מוצדקת. המחברים טוענים ש-DBS בדור הבא צריך תחילה לזהות את ההקשר של האדם — כגון עיניים פתוחות לעומת עצומות, שינה לעומת ערות — ואז לפרש אותות מחלה בצורה שונה בהתאם למצב זה. קוצבי מוח "מודעי-מצב" כאלה יוכלו לספק עזרה מדויקת יותר, להימנע מגירוי מיותר, ולתמוך טוב יותר באנשים עם הפרעות תנועה במהלך חייהם היומיומיים.

ציטוט: Zhu, GY., Merk, T., Butenko, K. et al. Decoding the impact of visual states on adaptive deep brain stimulation feedback signals in movement disorders. npj Parkinsons Dis. 12, 61 (2026). https://doi.org/10.1038/s41531-026-01273-3

מילות מפתח: גירוי מוחי עמוק אדפטיבי, מחלת פרקינסון, דיסטוניה, תנודות מוחיות, ממשקי מוח–מחשב