Spektralkorrelationskoeffizient-basiertes TMS

Es wird angenommen, dass der therapeutische Nutzen der repetitiven transkraniellen Magnetstimulation (rTMS) zur Behandlung der schweren depressiven Störung (MDD) von der Einbindung funktioneller Netzwerke (FNs) des Gehirns abhängt. Das Engagement hängt von einer Interaktion zwischen der rTMS-Stimulationsfrequenz und der bevorzugten Oszillationsfrequenz des Zielnetzwerks für diese Person ab. Wir berichten hier über eine neuartige Methode zur Abfrage des Behandlungsziels des linken dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC), um die optimale Häufigkeit für den Eingriff des frontoparietalen Kontrollnetzwerks (FCN) für jedes Individuum zu ermitteln. 23 Probanden mit MDD wurden mit 40 rTMS-Pulsfolgen bei Frequenzen zwischen 3 und 17 Hz in Schritten von 0,2 Hz sowie einer separaten intermittierenden Theta-Burst-Stimulation (iTBS) stimuliert, was insgesamt 70 Frequenzabfragen ergab. Das FN-Engagement wurde anhand kontinuierlicher High-Density-Array-TMS-EEG-Aufzeichnungen und Messung der Änderung der Dichte des spektralen Korrelationskoeffizienten (SCC) zwischen linkem DLPFC und anderen Gehirnbereichen nach jeder Befragung bewertet. Alle Probanden hatten ein oder mehrere Frequenzbänder, die über mehrere FNs hinweg hohe SCC-Werte aufwiesen, unabhängig von der Häufigkeit der Befragung. Diejenigen Probanden, die eine klinische Reaktion auf 10-Hz-rTMS zeigten, zeigten als Reaktion auf eine 10-Hz-Abfrage einen Anstieg des SCCD über FCN-Verbindungen, jedoch nicht als Reaktion auf eine Abfrage in anderen Bändern. Es gab einen starken Zusammenhang zwischen dem Anstieg des SCCD bei FCN und dem Grad der Verbesserung der depressiven Symptome sowohl nach 2 als auch nach 6 Behandlungswochen. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die SCC-Dichte nützlich sein könnte, um rTMS-Stimulationsfrequenzen zu identifizieren, die mit einem therapeutischen Nutzen bei MDD verbunden sind. In dieser Studie wird die Machbarkeit anhand dieser Ergebnisse untersucht, um festzustellen, ob eine SCC-bestimmte rTMS-Behandlung Patienten mit einer schweren depressiven Störung zugute kommen kann.

EINFÜHRUNG UND BEGRÜNDUNG

Es wurde berichtet, dass die repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) die Symptome einer schweren depressiven Störung (MDD) lindert, wenn sie mit verschiedenen Stimulationsfrequenzen verabreicht wird: 1, 5, 10, 15, 18 und 50 Hz (Theta-Burst-Stimulation oder TBS). ) alle haben berichtet, dass sie einen klinischen Nutzen bieten. Aufgrund des unterschiedlichen Studiendesigns und der begrenzten Stichprobengröße ist es schwierig, die Wirksamkeit dieser verschiedenen Stimulationsfrequenzen zu vergleichen. Es gibt jedoch signifikante Beweise für die Wirksamkeit jeder dieser Frequenzen, wenn sie auf ein oder mehrere Stimulationsziele angewendet werden.1 Es wurden keine direkten Studien zum Vergleich verschiedener Stimulationsfrequenzen bei einzelnen Probanden durchgeführt, um festzustellen, ob Einzelpersonen auf mehr als eine Stimulationsfrequenz ähnliche klinische Reaktionen zeigen.

Ein gemeinsames Merkmal aller Frequenzen von rTMS besteht darin, dass während der Stimulation sowohl neuronale Spitzen als auch laufende Oszillationen mit der Stimulationsfrequenz synchronisiert werden (Fröhlich und McCormick, 2010; Thut et al., 2011). Es wird angenommen, dass diese Modulation der zerebralen Oszillationsaktivität den therapeutischen Wirkungen von rTMS bei MDD zugrunde liegt. Es wurde gezeigt, dass die Mitnahme von Gehirnschwingungen die Gehirnaktivität in einer Vielzahl von funktionellen Netzwerken (FNs) verändert, wobei Änderungen der Schwingungen mit Veränderungen in der Aufgabenleistung, der lokalen Schwingungsaktivität, den Konnektivitätsmustern und im Fall motorischer Netzwerke mit der kortikospinalen Kopplung verbunden sind.

Unterschiedliche Frequenzen der rTMS-Stimulation haben unterschiedliche Auswirkungen auf das FN-Engagement und die Aufgabenleistung. Diese unterschiedlichen Effekte stehen im Einklang mit der Tatsache, dass FNs eine oder mehrere bevorzugte Resonanzfrequenzen haben, die die Konnektivität sowohl innerhalb als auch zwischen Netzwerken vermitteln (Hacker et al., 2017, , , Die Auswirkungen der rTMS-Stimulation hängen von der Wechselwirkung zwischen der Stimulationsfrequenz und ab die laufende Oszillationsaktivität der Ziel-FN(s): Das Oszillationsmuster der spezifischen stimulierten Hirnregion (gemessen mit Elektroenzephalographie [EEG]) ist ein wesentlicher Faktor für die Interaktion von rTMS mit den zugehörigen FN(s)3 und den Auswirkungen auf die Netzwerkleistung.

Das frontoparietale Kontrollnetzwerk (FCN) ist bei MDD von besonderem Interesse, da es bei MDD fehlreguliert ist und der Grad der Funktionsstörung mit der Schwere der depressiven Symptome zusammenhängt. Das am häufigsten verwendete neuroanatomische rTMS-Stimulationsziel ist der linke dorsolaterale präfrontale Kortex (DLPFC), der ein wichtiger Knotenpunkt des FCN ist. Darüber hinaus spielt das FCN eine entscheidende Rolle bei der Integration der Funktion mehrerer anderer FNs. 10 Hz ist die am häufigsten verwendete rTMS-Stimulation zur Stimulation des linken DLPFC-Ziels, es wurde jedoch nicht nachgewiesen, dass diese Frequenz für die Aktivierung des FCN optimal ist. Mehrere Stimulationsfrequenzen haben unterschiedliche Auswirkungen auf das FCN und verändern die Wechselwirkungen des FCN mit dem Default Mode Network (DMN) von anregend zu hemmend. Dieser Befund steht im Einklang mit der Tatsache, dass sich die Anpassung der Stimulationsfrequenz darauf auswirkt, welche Knoten innerhalb eines einzelnen FN aktiviert werden, sowie auf das Ausmaß, in dem die rTMS-Stimulation lokal bzw. entfernte Netzwerkmodule und verändert selektiv die Interaktion zwischen einem FN und einer angeschlossenen Gehirnregion. Es ist bekannt, dass die FCN-Konnektivität durch mehrere Frequenzen im Bereich von 2 Hz (Deltaband) bis 20 Hz (Betaband) vermittelt wird (Johnson et al., 2019; Lopez et al., 2019; Cooper et al., 2015; 18).

Die vorliegende Studie wurde durchgeführt, um festzustellen, ob es möglich war, unterschiedliche Auswirkungen der rTMS-Behandlungsfrequenz auf die Einbindung des FCN während der rTMS-Behandlung von MDD zu identifizieren, indem die Frequenzkopplung über ein breites Spektrum von Stimulationsfrequenzen innerhalb des FCN untersucht wurde. Kürzlich wurde berichtet, dass Veränderungen in der spektralen Konnektivität des gesamten Gehirns im Frequenzband (Alpha-Spektralkorrelation oder SC) vor und nach der ersten 10-Hz-rTMS-Sitzung, angewendet auf die linke DLPFC, das Ergebnis einer Reihe von 30 rTMS-Behandlungen vorhersagten . In der aktuellen Studie untersuchten wir die spektrale Korrelation über ein breites Frequenzspektrum nach einer Reihe von rTMS-„Abfragen“ im Bereich von 3 Hz bis TBS. Dies ermöglichte es uns, einen spektralen Korrelationskoeffizienten (SCC) über dieses Frequenzspektrum zu generieren und zu bestimmen, welche Stimulationsfrequenzen zu einem erhöhten SCC innerhalb des FCN führen würden. Diese Studie geht von der Hypothese aus, dass: 1) das Frequenzreaktionsmuster jedes Probanden eine oder mehrere unterschiedliche Stimulationsfrequenzen aufweisen würde, die zu einem erhöhten Plattenepithelkarzinom führten; 2) Diese Frequenzreaktionsmuster würden sich von Proband zu Proband unterscheiden, wären aber im Laufe der rTMS-Behandlung bei Probanden in hohem Maße reproduzierbar; und 3) bei Probanden mit einem konzentrierten Anstieg des FCN-SCC (erhöhte SCC-Dichte) nach einer 10-Hz-Befragung ist es wahrscheinlicher, dass sie ein klinisches Ansprechen auf die 10-Hz-rTMS-Behandlung zeigen.

STUDIENZIEL

Das Hauptziel dieser Studie besteht darin, die Machbarkeit einer rTMS-Behandlung bei Depressionen bei anderen Stimulationsfrequenzen als 10 Hz zu demonstrieren. Ziele:

1. um festzustellen, ob das Frequenzreaktionsmuster jedes Probanden eine oder mehrere unterschiedliche Stimulationsfrequenzen aufweist, die zu einem erhöhten SCC führten;
2. um festzustellen, ob sich diese Frequenzantwortmuster zwischen den Probanden unterscheiden; Und,
3. Sammeln von Pilotdaten für einen außeruniversitären Finanzierungsantrag zur Untersuchung der Wirksamkeit der rTMS-Behandlung bei individuellen Stimulationsfrequenzen als Alternative zum standardmäßigen 10-Hz-Protokoll.