Spektral korrelationskoefficient-baseret TMS (STMS)

Den terapeutiske fordel ved gentagen transkraniel magnetisk stimulering (rTMS) til behandling af Major Depressive Disorder (MDD) menes at afhænge af inddragelse af hjernefunktionelle netværk (FN'er). Engagement er afhængig af en interaktion mellem rTMS-stimuleringsfrekvensen og den foretrukne oscillerende frekvens af målnetværket for det pågældende individ. Vi rapporterer her om en ny metode til at udspørge det venstre dorsolaterale præfrontale cortex (DLPFC) behandlingsmål for at identificere den optimale frekvens for engagement af det frontoparietale kontrolnetværk (FCN) for hvert individ. 23 forsøgspersoner med MDD blev stimuleret med 40 puls rTMS-tog ved frekvenser varierende fra 3-17 Hz ved 0,2 Hz intervaller, plus en separat intermitterende theta burst (iTBS) stimulering, til i alt 70 frekvensinterrogationer. FN-engagement blev vurderet ved hjælp af kontinuerlige high-density array TMS-EEG-optagelser og måling af ændringen i tætheden af ​​den spektrale korrelationskoefficient (SCC) mellem venstre DLPFC og andre hjerneområder efter hver forespørgsel. Alle forsøgspersoner havde et eller flere frekvensbånd, der viste høje SCC-værdier på tværs af flere FN'er, uanset forespørgselsfrekvensen. De forsøgspersoner, der viste klinisk respons på 10 Hz rTMS, viste stigninger i SCCD over FCN-forbindelser på tværs som svar på 10 Hz forespørgsel, men ikke som svar på forespørgsler i andre bånd. Der var en stærk sammenhæng mellem stigningen i SCCD i FCN og graden af ​​forbedring af depressive symptomer efter både 2 og 6 ugers behandling. Disse resultater tyder på, at SCC-densitet kan være nyttig til at identificere rTMS-stimuleringsfrekvenser, der er forbundet med terapeutisk fordel ved MDD. Denne undersøgelse vil undersøge muligheden for at bruge disse resultater til at bestemme, om SCC-bestemt rTMS-behandling kan gavne forsøgspersoner med svær depressiv lidelse.

INTRODUKTION OG RATIONALE

Gentagen transkraniel magnetisk stimulering (rTMS) er blevet rapporteret at lindre symptomer på Major Depressive Disorder (MDD), når det administreres ved en række forskellige stimulationsfrekvenser: 1, 5, 10, 15, 18 og 50 Hz (theta burst stimulation eller TBS) ) alle har rapporteret at give kliniske fordele. Det er vanskeligt at sammenligne effektiviteten af ​​disse forskellige stimuleringsfrekvenser på grund af forskelle i undersøgelsesdesign og begrænsninger af stikprøvestørrelse, men der er betydelig evidens for effektivitet for hver af disse frekvenser, når de anvendes på et eller flere stimulationsmål.1 Der har ikke været head-to-head undersøgelser for at sammenligne forskellige stimulationsfrekvenser hos individuelle forsøgspersoner for at bestemme, om individer har lignende kliniske responser på mere end én stimuleringsfrekvens.

En funktion, der deles af alle frekvenser af rTMS, er, at mens stimulering er i gang, er både neuronal spiking og igangværende svingninger synkroniseret med stimuleringsfrekvensen (Fröhlich og McCormick, 2010; Thut et al., 2011). Denne modulering af cerebral oscillerende aktivitet antages at ligge til grund for de terapeutiske virkninger af rTMS for MDD. , Entrainment af hjerneoscillationer har vist sig at modificere hjerneaktivitet i en række funktionelle netværk (FN'er), med ændringer i oscillationer forbundet med ændringer i opgaveudførelse, lokal oscillerende aktivitet, forbindelsesmønstre og i tilfælde af motoriske netværk, corticospinal kobling.

Forskellige frekvenser af rTMS-stimulering har tydelige effekter på FN-engagement og opgaveudførelse. Disse differentielle effekter er i overensstemmelse med det faktum, at FN'er har en eller flere foretrukne resonansfrekvenser, der formidler forbindelse både inden for og på tværs af netværk (Hacker et al., 2017, , , Effekterne af rTMS-stimulering afhænger af interaktionen mellem stimuleringsfrekvensen og den igangværende oscillerende aktivitet af mål-FN(erne): det oscillerende mønster af den specifikke hjerneregion, der stimuleres (målt med elektroencefalografi [EEG]) er en væsentlig determinant for rTMS-engagement med de tilknyttede FN(s)3 og virkningerne på netværkets ydeevne.

Det frontoparietale kontrolnetværk (FCN) er af særlig interesse ved MDD, fordi det er dysreguleret ved MDD, med graden af ​​dysfunktion relateret til sværhedsgraden af ​​depressive symptomer. Det mest almindeligt anvendte neuroanatomiske rTMS-stimuleringsmål er venstre dorsolateral præfrontal cortex (DLPFC), som er et kritisk knudepunkt for FCN. Desuden spiller FCN en afgørende rolle ved at integrere funktionen af ​​flere andre FN'er. , , 10 Hz er den mest almindelige rTMS-stimulering, der bruges til at stimulere det venstre DLPFC-mål, men det er ikke blevet fastslået, at denne frekvens er optimal til at aktivere FCN. Flere stimuleringsfrekvenser har forskellige virkninger på FCN'et, hvilket ændrer FCN-interaktioner med standardtilstandsnetværk (DMN) fra excitatorisk til hæmmende. Dette fund er i overensstemmelse med det faktum, at justering af stimuleringsfrekvensen påvirker, hvilke noder inden for en enkelt FN, der er engageret, i hvilken grad rTMS-stimulering engagerer lokal vs. fjerntliggende netværksmoduler og ændrer selektivt engagementet mellem en FN og en tilknyttet hjerneregion. FCN-forbindelse er kendt for at være medieret af flere frekvenser fra 2 Hz (deltabånd) til 20 Hz (betabånd) (Johnson et al., 2019; Lopez et al., 2019; Cooper et al., 2015; 18).

Den nuværende undersøgelse blev udført for at bestemme, om det var muligt at identificere differentielle virkninger af rTMS-behandlingsfrekvens på engagement af FCN under rTMS-behandling af MDD, gennem undersøgelse af frekvenskobling over et bredt spektrum af stimulationsfrekvenser inden for FCN. Det blev for nylig rapporteret, at ændringer i hele hjernens spektrale forbindelse i frekvensbåndet (alfa spektral korrelation eller SC) fra før til efter den første session med 10 Hz rTMS anvendt på venstre DLPFC forudsagde resultat fra et forløb på 30 rTMS-behandlinger . I den aktuelle undersøgelse undersøgte vi spektral korrelation på tværs af et bredt frekvensspektrum efter en række rTMS "interrogations" fra 3 Hz til TBS. Dette gjorde det muligt for os at generere en spektral korrelationskoefficient (SCC) på tværs af dette frekvensspektrum og bestemme, hvilke stimuleringsfrekvenser der ville føre til øget SCC i FCN. Denne undersøgelse antager, at: 1) hvert individs frekvensresponsmønster ville vise en eller flere distinkte stimuleringsfrekvenser, der genererede øget SCC; 2) disse frekvensresponsmønstre ville variere på tværs af forsøgspersoner, men være meget reproducerbare inden for forsøgspersoner i løbet af et rTMS-behandlingsforløb; og 3) de forsøgspersoner med koncentrerede stigninger i FCN SCC (øget SCC-densitet) efter 10 Hz forespørgsel vil være mere tilbøjelige til at vise klinisk respons på 10 Hz rTMS-behandling.

STUDIEMÅL

Det primære formål med denne undersøgelse er at demonstrere gennemførligheden af ​​rTMS-behandling for depression ved andre stimuleringsfrekvenser end 10 Hz. Mål:

1. at bestemme, om hvert individs frekvensresponsmønster viser en eller flere distinkte stimuleringsfrekvenser, der genererede øget SCC;
2. at bestemme, om disse frekvensresponsmønstre er forskellige på tværs af emner; og,
3. At indsamle pilotdata til en ekstramural finansieringsansøgning for at undersøge effektiviteten af ​​rTMS-behandling ved individualiserede stimuleringsfrekvenser som et alternativ til standard 10 Hz-protokollen.