Closed-Loop-optimiertes rTMS für Depressionen

Fast 50 % aller Amerikaner leiden im Laufe ihres Lebens an einer psychischen Störung. Hirnstimulationsbehandlungen, einschließlich der repetitiven transkraniellen Magnetstimulation (rTMS), werden zunehmend eingesetzt, um dysfunktionale Hirnkreise bei diesen Erkrankungen zu normalisieren. Mechanistisch wird angenommen, dass rTMS funktioniert, indem es die synaptische Stärke von Neuronen verändert, was als Plastizität des Gehirns bezeichnet wird. Trotz der Vielfalt der gezielten Störungen und der signifikanten Heterogenität zwischen den Patienten wird die rTMS derzeit in einer Weise angewendet, die für alle passt (ohne individuelle Optimierung des Stimulationsmusters) und in einer offenen Schleife (fester Zeitplan für Stimulationsmuster, ohne Messung oder Anpassung während rTMS). Wir glauben, dass die Ansprechrate von rTMS bei Depressionen, die derzeit <50 % beträgt, durch personalisierte Hirnstimulation verbessert werden kann, die die Zielerfassung verbessert und die Plastizität maximiert. Um die Gehirnstimulation zu personalisieren, muss man (1) Gehirnveränderungen in Echtzeit messen und überwachen; (2) Bestimmung der optimalen Stimulationsmuster zur Induktion von Gehirnveränderungen; (3) adaptive Behandlungen entwickeln, um die gewünschten Veränderungen auf individueller patientenspezifischer Ebene im Laufe der Zeit voranzutreiben. Eine solche Personalisierung der Hirnstimulation wird unser mechanistisches Verständnis der Gehirnplastizität erweitern, um die Wirksamkeit bei Patienten, die nicht auf Standardbehandlungen ansprechen, zu verbessern.

Die Hauptziele meines Forschungsprogramms sind (1) die Entdeckung von Biomarkern im Gehirn, die das Fortschreiten zu einer klinischen Remission vorhersagen, und (2) die Entwicklung von Behandlungsalgorithmen mit geschlossenem Regelkreis, die diese Biomarker optimieren und die klinischen Ergebnisse verbessern. Wir werden uns auf Depressionen konzentrieren, da sie weltweit die häufigste Ursache für Behinderungen sind und Medikamente für fast die Hälfte dieser Patienten unwirksam sind oder nicht vertragen werden. Unter Nutzung meiner früheren Arbeit schlagen wir drei Entwicklungsstufen der personalisierten Hirnstimulation vor, bei denen einzelne TMS-Impulse in Kombination mit Elektroenzephalographie (TMS-EEG) verwendet werden, um eine kausale Messung des Gehirnzustands zu erzeugen, die leicht in die Klinik übertragen werden kann. Der TMS-EEG-Biomarker für die Schwere der Depression, den ich kürzlich entdeckt habe, tritt 30 Millisekunden nach Verabreichung eines TMS-Testpulses (p30) im fronto-parietalen Netzwerk (FPN) auf, einer Region, die mit Depressionen in Verbindung gebracht wird. Der Grad der Unterdrückung dieses p30-Signals prognostizierte das klinische Ergebnis bei depressiven Patienten nach rTMS-Behandlung. Darüber hinaus reichte eine einzige Stimulationssitzung aus, um das p30 während und für 30 Minuten nach der Stimulation zu unterdrücken. Diese Arbeit zeigt, dass die p30-Suppression in Echtzeit überwacht werden kann und das Potenzial hat, die empirische Behandlungsoptimierung zu unterstützen.

Die Ergebnisse dieser Studie werden die Grundlage für eine doppelblinde, randomisierte klinische Studie von Closed-Loop-rTMS im Vergleich zu Standard-rTMS bilden.