Ideggyógyászati Szemle Proceedings

Predicting sensory outcomes with machine learning in deep brain stimulation

HALÁSZ László1,2, BASTIAN E. A. Sajonz3, MIKÓS Gabriella2,4,5, GIJS van Elswijk5, SAMAN Hagh Gooie5, VÁRKUTI Bálint5, VOLKER A. Coenen3, ERŐSS Loránd2

2024. OKTÓBER 09.

Ideggyógyászati Szemle Proceedings - 2024;9(6)

Szöveg nagyítása:

-
+

In clinical deep brain stimulation (DBS) applications, stimulation-induced sensations are typically viewed as undesired side effects. However, in emerging contexts such as computer-brain interface applications, intentionally inducing sensations may be desirable. The optimization of stimulation parameters, whether to mitigate or induce sensations, presents a formidable challenge due to the complexity of the parameter space.

This study seeks to streamline this process by employing a machine learning model to predict the outcomes of DBS stimulation.

Utilizing a dataset comprising approximately 2500 stimulation response records obtained from 18 thalamic DBS leads implanted in 10 patients across two clinical centers, we conducted an extensive analysis. For each stimulation trial, we employed LeadDBS (2.6) to simulate the Volume of Tissue Activation (VTA). These VTAs served as the foundational data. Stimulation parameters and spatial VTA metrics were integrated as features for the prediction model.

Through rigorous cross-validation, the machine learning model demonstrated an 85% accuracy in predicting the occurrence of sensations following DBS stimulation. Additionally, the model exhibited a 75% accuracy in predicting the specific anatomical location where sensations would manifest.

These results suggest the potential of machine learning-based predictions to narrow down the search space for optimal stimulation parameters. Outcome predictions could serve as valuable guidance for clinical DBS programming or the fine-tuning of DBS based computer-brain interfaces.

Funding: CereGate GmbH.

AFFILIÁCIÓK

  1. Albert-Szentgyörgyi Medical School Doctoral School of Clinical Medicine Clinical and Experimmental Research for Reconstructive and Organ-Sparing Surgery University of Szeged, Hungary
  2. Department of Neurosurgery and Neurointervention, Faculty of Medicine, Semmelweis University, Budapest, Hungary
  3. Department of Stereotactic and Functional Neurosurgery Universitätsklinikum Freiburg, Germany
  4. János Szentágothai Doctoral School of Neurosciences Semmelweis University, Budapest, Hungary
  5. CereGate GmbH, München, Germany

A kiadvány további cikkei

Ideggyógyászati Szemle Proceedings

The Budapest Subarachnoid Hemorrhage Registry – Lessons learned and future directions

ALDEA Caterina Cristina, KONDOR Máté

Despite evidence based institutional protocols being in place in many countries, aneurysmal subarachnoid hemorrhage (SAH) continues to be a major socio-economic burden with many open questions remaining regarding the optimal management of the affected patients.

Ideggyógyászati Szemle Proceedings

A microsurgical arteriovenous malformation model on the saphenous vessels in the rat

MOHAMMAD W. Al-Smadi, FAZEKAS A. László

Arteriovenous malformation (AVM) is an anomaly of blood vessel formation. Numerous models have been established to understand the nature of AVM.

Ideggyógyászati Szemle Proceedings

Introduction of a new 3D printing technology at the point-of-care

BARTOS Márton, POKORNI Ágoston Jakab, ELTES Peter

Additive manufacturing has gained significant traction in industrial applications due to its high potential when it comes to manufacturing objects with complex geometry.

Ideggyógyászati Szemle Proceedings

New possibilities in spinal surgery: The way to the robotic surgery

BANCZEROWSKI Péter

Not only other surgical and robotic fields, but minimally invasive procedures in spine surgery have undergone significant development in recent times. A demand emerged from both surgeons and patients to develop and perform these types of surgeries in order to prevent biomechanical and surgical complications.

Ideggyógyászati Szemle Proceedings

Critical role of acquisition and postprocessing in fMRI language mapping

ANDRÁSSY Anita, SZUDI Gábor, VÁRALLYAY Péter

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is crucial for presurgical language mapping in neurosurgery, helping identify eloquent brain regions to preserve during operations. Effective language mapping depends on advanced fMRI acquisition and detailed data analysis to ensure accurate clinical outcomes.

Lapszám összes cikke

Kapcsolódó anyagok

Ideggyógyászati Szemle

A fájdalom intenzitását mérő skálák összehasonlítása ágyéki gerincfájdalommal élők körében

NAGY Zoltán, KISS Nóra, SZIGETI Mátyás, ÁFRA Judit, LEKKA Norbert, MISIK Ferenc, MUCSI István, BANCZEROWSKI Péter

A fájdalomkutatás leggyakrabban tanulmányozott aspektusa klinikai vizsgálatokban a fájdalomintenzitás. Ennek mérése az ágyéki gerincbeteg populációban legtöbb esetben a numerikus skála és a vizuális analóg skála (VAS) segítségével történik. A betegek általános életminősége és a skálák közötti kapcsolat kiszámításával meghatározzuk a klinikailag relevánsabb információval rendelkező mérőeszközt.

Lege Artis Medicinae

Beszámoló az MTA Orvostudományi és a Biológiai Osztályai közös szervezésében megrendezett A mesterséges intelligencia (MI/AI) alkalmazása és perspektívája a biológiában és az orvostudományban. Tények és kérdőjelek című 2023. novemberi konferenciáról

BALKÁNYI László

Az elmúlt hónapokban sokat és sokszor hallunk a mesterséges intelligenciáról, itt, a LAM Mes­terséges intelligencia rovatában is. A terület fontosságát mutatja, hogy az MTA két (számunkra releváns) tudományos osztálya, akadémikus el­nö­keik, Ádám Vera és Lénárd László vezetésével 2023 novemberében konferenciát szervezett, ahol a hazai kutatásokról, gyakorlati eredményekről hallottunk érdekesebb beszámolókat.

Lege Artis Medicinae

Női mentális egészség a perinatalis tudományok tükrében. Mit kell tudnunk a post partum hangulati zavarokról?

CZINKÓCZI Annamária, VARGA Orsolya, VARGA Katalin

Általános vélekedés szerint a terhesség, a szülés és a gyermekágy varázslatos időszak a nők életében. A kutatások eredményei azonban felhívják a figyelmet ennek a szenzitív életszakasznak a nehézségeire. A ta­nul­mány célja, hogy képet adjon a post partum hangulati zavarok természetéről, ri­zi­kó­­té­nye­zőiről, hosszú távú következményeiről, valamint prevenciós és intervenciós lehetőségeiről.

Lege Artis Medicinae

A dementia női aspektusai

KOVÁCS Tibor

A dementia a 21. század népbetegsége, az öregedő társadalmak új epidémiája. Az életkor mellett a női nem a módosíthatatlan kockázati tényezők egyike.

Lege Artis Medicinae

Az agyi neuronhálózatok szerepe a dementiák kialakulásában: vizsgálati módszereink az optogenetikától a mesterséges intelligenciáig

HANGYA Balázs

A Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet Rendszer-Neurobiológia Ku­tatócsoportjában a fő célkitűzésünk a kognitív folyamatok agyi mechanizmusainak jobb megértése. A tanulás, memória, figyelem és döntéshozás idegrendszeri alapjait nemcsak normális körülmények között, hanem kóros állapotokban is vizsgáljuk, különös tekintettel a neurodegeneratív dementiákra, mint az Alzheimer- és a Par­kinson-kór. 

3.

Lege Artis Medicinae

2024;34(9)
2024 OKT 04.

4.

Lege Artis Medicinae

2024;34(9)
2024 OKT 04.

5.

Lege Artis Medicinae

2024;34(9)
2024 OKT 04.