Neuromodulation von Mind-Wandering bei Depressionen

Das Default Mode Network (DMN) ist ein Netzwerk strukturell und funktionell verbundener Gehirnregionen, das erstmals in „passiven“ Zuständen identifiziert wurde. Seit seiner ursprünglichen Entdeckung hat sich die Konzeptualisierung des DMN im Laufe der Zeit weiterentwickelt; Das DMN wurde nun mit einer Reihe von kognitiven Prozessen höherer Ordnung wie spontanen, selbst erzeugten Gedanken (d.h. Mind-Wandering) und Nachdenken über sich selbst in der Vergangenheit, Zukunft und in Beziehung zu anderen. Angesichts der Beteiligung des DMN an der Kognition haben Forscher seine Rolle bei psychiatrischen Störungen im Zusammenhang mit kognitiven Problemen wie Major Depression (MDD) untersucht.

MDD ist eine Stimmungsstörung, bei der Menschen eine anhaltende negative Stimmung oder Interessen- oder Lustverlust, Wertlosigkeits- und Schuldgedanken und/oder Suizidgedanken erfahren. Die Mehrheit der Literatur legt nahe, dass derzeit depressive Personen eine erhöhte funktionelle DMN-Konnektivität im Ruhezustand und eine stärkere DMN-Aktivierung bei der Verarbeitung negativer Stimuli aufweisen. Forscher haben vorgeschlagen, dass diese DMN-Hyperaktivität die Tendenz depressiver Personen widerspiegelt, sich auf negative Kognitionen einzulassen, wie z. B. maladaptive Gedankenwanderungen (d. aufgabenirrelevantes Denken, wenn Personen sich auf eine Aufgabe konzentrieren sollen) und Grübeln (d.h. negatives, sich wiederholendes, selbstbezogenes Denken). Mind-Wandering wurde im Allgemeinen mit Unglücklichsein in Verbindung gebracht. Grübeln ist mit der Aufrechterhaltung einer aktuellen depressiven Episode verbunden und ist ein Prädiktor für zukünftige depressive Episoden. Daher könnte die Veränderung dieser Formen negativer Kognition durch Modulation der DMN-Aktivität für Personen mit MDD von Vorteil sein.

Eine Möglichkeit, die DMN-Aktivität zu modulieren, ist die Gehirnstimulation. Die Forscher haben zuvor die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) einer DMN-Gehirnregion verwendet, um eine kleine, aber signifikante Verringerung des Mind-Wandering-Verhaltens in einer Gemeinschaftsprobe zu bewirken. tDCS hat jedoch eine geringe räumliche Spezifität, und die Bildgebung wurde nicht verwendet, um festzustellen, ob tDCS tatsächlich das Gedankenwandern über Änderungen in der DMN-Aktivität verändert. Low Intensity Focused Ultrasound Pulsation (LIFUP) ist eine neuartige nicht-invasive Gehirnstimulationsmethode, die im Gegensatz zu anderen nicht-invasiven Gehirnstimulationsmethoden wie der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) und tDCS eine hohe räumliche Spezifität aufweist. Insbesondere kann LIFUP akustische Energie an eine Gehirnregion mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern liefern. Diese Methode wurde auf den Thalamus angewendet, um das Bewusstsein von Patienten in minimalen Bewusstseinszuständen wiederherzustellen, und die Forscher haben diese Methode in mehreren vom IRB genehmigten Studien in Bezug auf die Amygdala, das ventrale Striatum und den entorhinalen Cortex angewendet.

Spezifische Ziele:

Das spezifische Ziel dieser vorgeschlagenen Studie ist es, die Durchführbarkeit und das therapeutische Potenzial von LIFUP bei der Veränderung der negativen Kognition bei Depressionen zu untersuchen. Insbesondere werden die Ermittler untersuchen, ob die Modulation der DMN-Aktivität das maladaptive Mind-Wandering ändern kann. Die Forscher vermuten, dass die DOWN-Modulation des posterioren cingulären Kortex (PCC), eines wichtigen DMN-Knotens, die funktionelle Konnektivität, Durchblutung und Aktivierung des DMN-Ruhezustands während einer kognitiv-affektiven Aufgabe verringern wird (Beschreibung unten). Die Forscher nehmen auch an, dass die DOWN-Modulation des PCC mit verringertem Gedankenwandern und erhöhter Achtsamkeit verbunden sein wird. Schließlich stellen die Forscher die Hypothese auf, dass das Gegenteil für die UP-Modulation des PCC gilt.

Themenauswahl:

Zwanzig Teilnehmer (n = 40 gesunde Kontrollpersonen, n = 40 Personen mit MDD) im Alter von 18 bis 64 Jahren werden rekrutiert. Das strukturierte klinische Interview für DSM-5-Störungen, Forschungsversion (SCID-5-RV)10 wird verwendet, um die Eignung zu bestimmen.

Betreff Einschreibung:

Die Teilnehmer werden durch E-Mail-Ankündigungen bei MGH, Aussendungen auf College-Websites und Flyer (siehe beigefügter Flyer) rekrutiert, die bei MGH und in der Gemeinde (z. B. Gemeindezentren, öffentlichen Bibliotheken, Cafés, Restaurants und Waschsalons) ausgehängt werden. Ein telefonisches Screening wird durchgeführt, um die Wahrscheinlichkeit, dass die Probanden die Einschluss- und Ausschlusskriterien erfüllen, effizient zu bestätigen, bevor Zeit für eine weitere Bewertung der Eignung festgelegt wird.

Vor der Durchführung von Protokollverfahren wird eine informierte Zustimmung eingeholt. Die Einverständniserklärung wird verwendet, um dem Probanden in einfachen Worten die Risiken und Vorteile der Studienteilnahme zu erklären. Die Art der Studie wird dem Probanden vom PI, den Co-Ermittlern oder speziell geschultem Studienpersonal vollständig erklärt. Das Subjekt wird ermutigt, Fragen zu seiner Teilnahme an der Studie zu stellen, und das Subjekt kann sich so viel Zeit nehmen, wie es für notwendig hält, um seine Teilnahme an der Studie zu erwägen und sich mit Familienmitgliedern oder ihren Ärzten zu beraten. Die Teilnahme an dieser Studie ist freiwillig und die Probanden können jederzeit von der Studie zurücktreten. Die vom IRB genehmigten Einverständniserklärungen werden vom Probanden und der Person, die die Einwilligung erhält, unterzeichnet und datiert.

Studienablauf:

Nach Bereitstellung der Studieninformationen und Einholung der vom IRB genehmigten Einverständniserklärung absolvieren die Teilnehmer bis zu fünf Studienbesuche an fünf verschiedenen Tagen.

Besuch 1 (bis zu 1 Stunde):

Für Teilnehmer, die als gesunde Kontrollen rekrutiert werden, wird der SCID-5-RV verabreicht, um festzustellen, ob der Teilnehmer keine aktuelle oder vergangene Vorgeschichte von psychiatrischen Störungen hat. Für Teilnehmer, die als Personen mit MDD rekrutiert werden, wird der SCID-5-RV verabreicht, um festzustellen, ob der Teilnehmer die Kriterien für eine aktuelle MDD-Diagnose erfüllt. Teilnehmer werden vom weiteren Studienverfahren ausgeschlossen, wenn sie die oben beschriebenen Kriterien nicht erfüllen.

Besuch 2 (bis zu 1 Stunde):

Die Teilnehmer füllen Fragebögen aus, in denen depressive Symptome, Angstzustände, Achtsamkeit und Grübeln bewertet werden.

Nach dem Ausfüllen der Fragebögen üben die Teilnehmer die kognitive Aufgabe, die sie im MRT-Scanner durchführen werden. Die Teilnehmer werden eine Selbstzuschreibungsaufgabe absolvieren (Ghaznavi, Chou, Dougherty, & Nierenberg, 2023). Die Teilnehmer sehen eine Reihe von Merkmalsadjektiven und werden gebeten, zu beurteilen, ob dieses Persönlichkeitsmerkmal auf sie zutrifft (d. h. Drücken Sie eine Taste, auf der „Me“ oder „Not Me“ steht). Diese Aufgabe wurde von unserem Labor verwendet, um die Kognition und DMN-Aktivierung bei bipolaren Störungen zu bewerten.

Nach Abschluss der Übungscomputeraufgabe füllen die Teilnehmer das MR-Screening-Sicherheitsformular aus. Nachdem bestätigt wurde, dass der Teilnehmer keine MRT-Kontraindikationen hat, wird er mit einem 3-Tesla-Siemens-MRT-Scanner im Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging gescannt. Zu Studienbeginn werden wir einen T1-MEMPRAGE-Strukturscan, einen Blutsauerstoffspiegel-abhängigen (BOLD) Ruhezustandsscan, einen ASL-Scan (Arterial Spin Labeled) und einen BOLD-Funktions-MRT-Scan zusammen mit der Aufgabe (oben beschrieben) durchführen. Die Teilnehmer verlassen dann den MRT-Scanner und werden gebeten, rückblickend über ihre geistesabschweifenden Gedanken während der Aufgabe zu berichten. Die Teilnehmer erhalten während dieses Besuchs kein LIFUP.

Besuche 3 und 4 (jeweils bis zu 3,5 Stunden; im Abstand von 1 Woche):

Bei den Besuchen 3 und 4 füllen die Teilnehmer dieselben Fragebögen aus (beschrieben in Besuch 2). Um die subjektive Erfahrung von LIFUP und seine Auswirkungen auf die Stimmung zu beurteilen, bewerten die Teilnehmer ihre negative und positive Stimmung auf visuellen Analogskalen und füllen den 11-Faktoren-Fragebogen zu veränderten Bewusstseinszuständen (ASC) nach LIFUP aus.

Die Teilnehmer werden erneut mit denselben MRT-Sequenzen gescannt und führen dieselbe Computeraufgabe aus, die in Besuch 2, vor und nach LIFUP, beschrieben ist.

LIFUP-Beschallung:

Die Teilnehmer werden mit dem LIFUP-Gerät, dem BX Pulsar 1002 (BrainSonix Corporation), ausgestattet. Der Wandler wird unter Verwendung von Orientierungspunkten auf dem Kopf platziert und zielt auf den Cluster im PCC ab, der während der Computeraufgabe in Besuch 2 aktiviert wurde. Die Teilnehmer erhalten dann entweder eine aktive oder eine Schein-DOWN-Modulation (Pulse Repetition Frequency = 10 Hz, Pulse -Breite = 0,5 ms, Arbeitszyklus = 5 %, ISPPA = 14,4 mW/cm2, 720 mW/cm2). Die Reihenfolge wird fächerübergreifend ausgeglichen. Die Beschallung wird in einem Blockdesign von 30 Sekunden an, 30 Sekunden aus für eine Gesamtdauer von 10 Minuten geliefert. Wir verwenden dieselben LIFUP-Parameter in anderen vom IRB genehmigten LIFUP-Studien (IRB-Protokoll Nr. 2019P000562 und IRB-Protokoll Nr. 2019P001458) und diese Parameter wurden sicher an anderen Forschungsstandorten an der UCLA und MUSC verwendet. Bei der Scheinbeschallung wird ein Gelkissen, das Ultraschall absorbiert, mit dem Schallkopf verwendet, damit der Ultraschall nicht durch den Schädel und in das Gehirn gelangt. Für die aktive Beschallung wird mit dem Schallkopf ein Gelkissen verwendet, das die Übertragung von Ultraschallwellen ermöglicht. Diese Gelpads sehen identisch aus; Diese Studie ist doppelblind, wobei das Studienpersonal nicht weiß, welches Gelpad aktivem oder Schein-LIFUP entspricht.

Besuch 5 (bis zu 1 Stunde; Abstand 1 Woche nach Besuch 4):

Während dieses Besuchs füllen die Teilnehmer dieselben Fragebögen aus (beschrieben in Besuch 2).

Biostatistische Analyse:

fMRI-Daten während der Aufgabe werden mit der SPM12-Software (Wellcome Department of Cognitive Neurology, London, UK) analysiert. Daten auf individueller Subjektebene werden schnittzeitkorrigiert, neu ausgerichtet und entzerrt, mit den Strukturbildern der Person koregistriert, normalisiert und geglättet. Für das LIFUP-Targeting werden Kontrastbilder der ersten Ebene erstellt, um die BOLD-Aktivierung im PCC während der Selbstbeurteilung zu identifizieren. Um die Auswirkungen von LIFUP zu untersuchen, werden Kontrastbilder der ersten Ebene erstellt, die die BOLD-Aktivierung während der Aufgabe vor und nach LIFUP vergleichen. Diese Kontrastbilder werden dann in ein flexibles faktorielles Zufallseffektmodell der zweiten Ebene eingegeben. Wir werden untersuchen, ob es eine Gruppe (MDD vs. gesunde Kontrolle) durch Bedingung (Schein vs. aktive Modulation) Interaktion auf die BOLD-Aktivierung in DMN-Regionen gibt. Beta-Signalwerte werden aus DMN-Regionen extrahiert und wir werden untersuchen, ob es signifikante Korrelationen zwischen der DMN-Aktivierung und unseren Verhaltensmessungen von depressiven Symptomen, Angstzuständen und Achtsamkeit/Gedankenwanderung gibt.

BOLD Ruhezustands-Scandaten werden ähnlich vorverarbeitet und in die CONN-Toolbox eingegeben. Die PCC wird als Seed-Region verwendet und Fischer-transformierte funktionelle Konnektivitäts-Beta-Werte mit anderen DMN-Regionen werden für jedes einzelne Subjekt extrahiert. ANOVAs mit wiederholten Messungen werden durchgeführt, um erneut zu untersuchen, ob es eine Wechselwirkung zwischen Gruppe und Bedingung bei der funktionalen Konnektivität des DMN-Ruhezustands gibt. Korrelationsanalysen werden auch durchgeführt, um Korrelationen mit Verhaltensmaßen zu untersuchen.

ASL-Daten werden mit Bayes'scher Inferenz für Arterial Spin Labeling MRI analysiert. Perfusionskarten, die Pre- und Post-LIFUP entsprechen, werden voneinander subtrahiert, um zu bestimmen, ob in DMN-Regionen, die mit aktiver Modulation assoziiert sind, eine verringerte oder erhöhte Perfusion vorliegt.

Eine aktualisierte statistische Leistungsanalyse aus unserer jüngsten LIFUP-Studie der Amygdala legt nahe, dass 40 Teilnehmer erforderlich sind, um eine statistische Signifikanz (p < 0,05) in einer voxelbasierten Analyse zu erreichen. Um unsere statistische Aussagekraft für den Vergleich zweier Gruppen zu erhöhen, rekrutieren wir 40 Teilnehmer in jeder Gruppe (insgesamt n = 80).