Cortical and Subthalamic Dynamics Associated with Distinct Gait Domains in Parkinson’s Disease

Caminhar é um feito do corpo que a maioria de nós toma como garantido, um fluxo contínuo de passos que exige que o cérebro coordene dezenas de músculos em um ritmo perfeito. Para pessoas com a doença de Parkinson, esse processo automático frequentemente entra em colapso. A doença pode tornar o caminhar lento, arrastado e instável, levando a um alto risco de quedas e à perda de independência. Embora medicamentos e a estimulação cerebral profunda possam ajudar muitos sintomas, eles frequentemente falham em corrigir completamente os problemas de marcha. Isso ocorre porque a forma como o caminhar falha é diferente para cada pessoa; uma pessoa pode ter dificuldade com o equilíbrio, outra com o ritmo de seus passos e outra com a simetria entre as pernas esquerda e direita. Para corrigir esses problemas com precisão, os médicos precisam entender exatamente qual parte do padrão de caminhada está quebrada e, mais importante, o que o cérebro está fazendo quando essa parte específica falha.

Os pesquisadores sabem há muito tempo que o cérebro envia sinais elétricos para controlar o movimento e, no Parkinson, esses sinais estão frequentemente fora de sincronia. No entanto, não estava claro como as dificuldades específicas de caminhada se mapeiam nesses sinais elétricos. Um novo estudo de uma equipe da ETH Zurich e do Hospital Universitário de Zurique visa resolver esse enigma. Ao observar pessoas caminhando em um laboratório enquanto registravam sua atividade cerebral, os pesquisadores buscaram encontrar uma ligação direta entre a maneira como uma pessoa caminha e a conversa elétrica em seu cére-o. O objetivo deles era identificar sinais cerebrais específicos que pudessem atuar como um sistema de alerta, dizendo a um tratamento futuro exatamente quando e como ajustar a estimulação para ajudar uma pessoa a caminhar melhor.

O estudo envolveu dez pessoas com a doença de Parkinson que já haviam recebido implantes para estimulação cerebral profunda, um tratamento que envia pulsos elétricos para uma parte profunda do cérebro chamada núcleo subtalâmico para ajudar a controlar o movimento. A equipe também recrutou dez pessoas saudáveis de idade semelhante para servir como um grupo de comparação. Os participantes caminharam em torno de um caminho em forma de oito no chão durante seis minutos. Enquanto caminhavam, os pesquisadores usaram um sistema de câmera 3D para rastrear cada movimento com alta precisão, medindo coisas como o comprimento de seus passos, o quanto sua velocidade variava e o quão bem seus braços e pernas se moviam juntos. Ao mesmo tempo, os pesquisadores registraram a atividade elétrica da superfície das cabeças dos participantes usando um capacete de EEG móvel e, para os pacientes, também registraram sinais elétricos diretamente do dispositivo implantado no cérebro.

Os pesquisadores primeiro analisaram os dados de caminhada para ver se conseguiam agrupar os pacientes com base em como o caminhar deles se comparava ao do grupo saudável. Eles descobriram que, embora todos os pacientes estivessem tomando sua medicação e estivessem com sua estimulação cerebral ligada, seus padrões de caminhada eram muito diferentes entre si. Usando um computador para analisar trinta e sete medições diferentes de caminhada, eles separaram os pacientes em dois grupos. Um grupo caminhava de uma forma muito semelhante às pessoas saudáveis, enquanto o outro grupo caminhava de uma forma bastante diferente. Curiosamente, quando os pesquisadores observaram as pontuações médicas padrão usadas por médicos para classificar os sintomas do Parkinson, descobriram que não havia diferença entre esses dois grupos. Os pacientes que caminhavam de forma muito diferente das pessoas saudáveis não pareciam estar em pior estado em um exame clínico padrão do que aqueles que caminhavam de forma mais parecida com as pessoas saudáveis. Isso sugere que os testes padrão podem perder diferenças sutis, mas importantes, na forma como as pessoas caminham.

Quando a equipe olhou mais profundamente para os aspectos específicos do caminhar, descobriu que o grupo com os padrões de caminhada mais incomuns tinha maior dificuldade com a assimetria, o que significa que seus lados esquerdo e direito não coincidiam bem. Eles também tiveram problemas de coordenação entre os membros, e seus passos eram muito mais variáveis, o que significa que um passo era frequentemente muito diferente do próximo. Essas diferenças no estilo de caminhada eram claras e consistentes, embora as pontuações médicas padrão tivessem falhado em detectá-las.

Em seguida, os pesquisadores tentaram conectar esses padrões de caminhada aos sinais elétricos no cérebro. Eles focaram em momentos específicos do ciclo de caminhada, particularmente a fase de "balanço", que é quando uma perna é levantada e movida para frente enquanto a outra suporta o peso do corpo. Eles encontraram uma conexão clara entre o quanto os passos de uma pessoa variavam e a atividade elétrica no cérebro durante essa fase de balanço. Especificamente, quando os passos de uma pessoa eram mais inconsistentes, o cérebro mostrava níveis mais altos de um ritmo elétrico rápido, conhecido como atividade gama baixa, na área do cérebro que controla a perna que estava se movendo para frente. Este foi o único vínculo entre um problema de caminhada específico e um sinal cerebral específico que permaneceu forte após os pesquisadores levarem em conta as muitas diferentes comparações que realizaram.

O estudo também observou os sinais vindos do implante cerebral profundo. Os pesquisadores encontraram alguns indícios de que a atividade cerebral nessa área mais profunda também poderia mudar quando os padrões de caminhada eram diferentes, mas essas descobertas não foram tão fortes ou claras quanto as da superfície do cérebro. Como o grupo de pessoas no estudo era pequeno, os pesquisadores são cautelosos ao dizer que essas descobertas cerebrais mais profundas ainda são apenas ideias que precisam ser testadas novamente em um grupo maior de pessoas. No entanto, o vínculo entre a variabilidade dos passos e o ritmo elétrico rápido na superfície do cérebro foi robusto o suficiente para ser considerado um forte candidato para uso futuro.

Esta descoberta é significativa porque aponta para uma maneira de tornar a estimulação cerebral profunda mais inteligente. Atualmente, esses implantes entregam um fluxo constante de pulsos elétricos. Se os médicos pudessem usar os próprios sinais elétricos do cérebro para detectar quando os passos de uma pessoa estão se tornando instáveis, o implante poderia ajustar sua estimulação em tempo real para ajudar a estabilizar a caminhada. Os pesquisadores sugerem que o ritmo elétrico rápido que encontraram poderia servir como um sinal para dizer ao dispositivo que a pessoa está com dificuldades de consistência nos passos. Embora este estudo não prove que tal sistema funcionará em todos os pacientes, ele fornece um alvo claro para a próxima geração de tratamentos. Ao combinar a forma específica como uma pessoa caminha com os sinais elétricos específicos em seu cérebro, os cientistas estão se aproximando de um futuro onde os tratamentos para o Parkinson podem ser adaptados ao estilo de caminhada único de cada indivíduo, potencialmente restaurando uma sensação de estabilidade e segurança em suas vidas diárias.