TMS basato sul coefficiente di correlazione spettrale (STMS)

Si ritiene che il beneficio terapeutico della stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS) per il trattamento del disturbo depressivo maggiore (MDD) dipenda dall'impegno delle reti funzionali cerebrali (FN). L'impegno dipende da un'interazione tra la frequenza di stimolazione rTMS e la frequenza oscillatoria preferita della rete target per quell'individuo. Riportiamo qui un nuovo metodo per interrogare l'obiettivo del trattamento della corteccia prefrontale dorsolaterale sinistra (DLPFC) per identificare la frequenza ottimale per l'impegno della rete di controllo frontoparietale (FCN) per ogni individuo. 23 soggetti con MDD sono stati stimolati con 40 treni di impulsi rTMS a frequenze variabili da 3-17 Hz con incrementi di 0,2 Hz, più una stimolazione theta burst (iTBS) intermittente separata, per un totale di 70 interrogazioni di frequenza. L'impegno FN è stato valutato utilizzando registrazioni TMS-EEG di array ad alta densità continue e misurazione del cambiamento nella densità del coefficiente di correlazione spettrale (SCC) tra DLPFC sinistro e altre aree cerebrali dopo ogni interrogatorio. Tutti i soggetti avevano una o più bande di frequenza che mostravano valori SCC elevati su più FN, indipendentemente dalla frequenza dell'interrogatorio. Quei soggetti che hanno mostrato una risposta clinica a 10 Hz rTMS hanno mostrato aumenti delle connessioni SCCD rispetto a FCN in risposta all'interrogazione a 10 Hz, ma non in risposta all'interrogazione in altre bande. C'era una forte associazione tra l'aumento della SCCD nella FCN e il grado di miglioramento dei sintomi depressivi dopo 2 e 6 settimane di trattamento. Questi risultati suggeriscono che la densità SCC può essere utile per identificare le frequenze di stimolazione rTMS associate al beneficio terapeutico nella MDD. Questo studio esaminerà la fattibilità utilizzando questi risultati per determinare se il trattamento rTMS determinato da SCC può giovare ai soggetti con disturbo depressivo maggiore.

INTRODUZIONE E RAZIONALE

È stato riportato che la stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS) allevia i sintomi del disturbo depressivo maggiore (MDD) quando somministrata a diverse frequenze di stimolazione: 1, 5, 10, 15, 18 e 50 Hz (stimolazione theta burst o TBS ) hanno riferito di fornire benefici clinici. È difficile confrontare l'efficacia di queste diverse frequenze di stimolazione a causa delle differenze nel disegno dello studio e dei limiti della dimensione del campione, ma vi sono prove significative di efficacia per ciascuna di queste frequenze quando applicata a uno o più obiettivi di stimolazione.1 Non sono stati condotti studi diretti per confrontare le diverse frequenze di stimolazione nei singoli soggetti per determinare se gli individui hanno risposte cliniche simili a più di una frequenza di stimolazione.

Una caratteristica condivisa da tutte le frequenze di rTMS è che mentre la stimolazione è in corso, sia i picchi neuronali che le oscillazioni in corso sono sincronizzati con la frequenza della stimolazione (Fröhlich e McCormick, 2010; Thut et al., 2011). Si ipotizza che questa modulazione dell'attività oscillatoria cerebrale sia alla base degli effetti terapeutici di rTMS per MDD. È stato dimostrato che il trascinamento delle oscillazioni cerebrali modifica l'attività cerebrale in una varietà di reti funzionali (FN), con cambiamenti nelle oscillazioni associate ad alterazioni nell'esecuzione del compito, attività oscillatoria locale, modelli di connettività e, nel caso di reti motorie, accoppiamento corticospinale.

Diverse frequenze di stimolazione rTMS hanno effetti distinti sull'impegno FN e sulle prestazioni del compito. Questi effetti differenziali sono coerenti con il fatto che le FN hanno una o più frequenze di risonanza preferite che mediano la connettività sia all'interno che attraverso le reti (Hacker et al., 2017, , , Gli effetti della stimolazione rTMS dipendono dall'interazione tra la frequenza di stimolazione e l'attività oscillatoria in corso delle FN bersaglio: il pattern oscillatorio della specifica regione cerebrale stimolata (misurata con l'elettroencefalografia [EEG]) è un fattore determinante dell'impegno rTMS con le FN associate3 e gli effetti sulle prestazioni della rete.

La rete di controllo frontoparietale (FCN) è di particolare interesse nella MDD perché è disregolata nella MDD, con il grado di disfunzione correlato alla gravità dei sintomi depressivi. Il bersaglio di stimolazione rTMS neuroanatomico più comunemente usato è la corteccia prefrontale dorsolaterale sinistra (DLPFC), che è un hub critico della FCN. Inoltre, l'FCN svolge un ruolo cruciale integrando la funzione di molteplici altri FN. , , 10 Hz è la stimolazione rTMS più comunemente utilizzata per stimolare il bersaglio DLPFC sinistro, ma non è stato stabilito che questa frequenza sia ottimale per coinvolgere l'FCN. Le frequenze di stimolazione multiple hanno effetti differenziali sull'FCN, modificando le interazioni FCN con la rete in modalità predefinita (DMN) da eccitatorie a inibitorie. Questa scoperta è coerente con il fatto che la regolazione della frequenza della stimolazione influenza quali nodi all'interno di un singolo FN sono impegnati, la misura in cui la stimolazione rTMS coinvolge la stimolazione locale rispetto a quella moduli di rete distanti e altera selettivamente l'impegno tra un FN e una regione cerebrale affiliata. È noto che la connettività FCN è mediata da frequenze multiple che vanno da 2 Hz (banda delta) a 20 Hz (banda beta) (Johnson et al., 2019; Lopez et al., 2019; Cooper et al., 2015; 18).

Il presente studio è stato condotto per determinare se fosse possibile identificare effetti differenziali della frequenza del trattamento rTMS sull'impegno dell'FCN durante il trattamento rTMS dell'MDD, attraverso l'esame dell'accoppiamento di frequenza attraverso un ampio spettro di frequenze di stimolazione all'interno dell'FCN. È stato recentemente riportato che i cambiamenti nella connettività spettrale dell'intero cervello nella banda di frequenza (correlazione spettrale alfa o SC) da prima a dopo la prima sessione di rTMS a 10 Hz applicata alla DLPFC sinistra hanno predetto il risultato di un ciclo di 30 trattamenti rTMS . Nel presente studio, abbiamo esaminato la correlazione spettrale su un ampio spettro di frequenze seguendo una serie di "interrogazioni" rTMS che vanno da 3 Hz a TBS. Questo ci ha permesso di generare un coefficiente di correlazione spettrale (SCC) attraverso questo spettro di frequenza e determinare quali frequenze di stimolazione porterebbero a un aumento di SCC all'interno dell'FCN. Questo studio ipotizza che: 1) il modello di risposta in frequenza di ciascun soggetto mostrerebbe una o più frequenze distinte di stimolazione che hanno generato un aumento di SCC; 2) questi modelli di risposta in frequenza differirebbero tra i soggetti, ma sarebbero altamente riproducibili all'interno dei soggetti nel corso del trattamento con rTMS; e, 3) quei soggetti con aumenti concentrati di FCN SCC (aumento della densità di SCC) dopo l'interrogatorio a 10 Hz avrebbero maggiori probabilità di mostrare una risposta clinica al trattamento rTMS a 10 Hz.

OBIETTIVO DI STUDIO

L'obiettivo principale di questo studio è dimostrare la fattibilità del trattamento rTMS per la depressione a frequenze di stimolazione diverse da 10 Hz. Obiettivi:

1. determinare se il modello di risposta in frequenza di ciascun soggetto mostra una o più frequenze distinte di stimolazione che hanno generato un aumento di SCC;
2. determinare se questi modelli di risposta in frequenza differiscono tra i soggetti; E,
3. Raccogliere dati pilota per una domanda di finanziamento extramurale per studiare l'efficacia del trattamento rTMS a frequenze di stimolazione individualizzate come alternativa al protocollo standard a 10 Hz.