Effetti del citalopram cloridrato per via endovenosa (IV) durante la stimolazione magnetica transcranica nel disturbo depressivo maggiore (MDD)

La stimolazione magnetica transcranica ripetitiva (rTMS) è un trattamento sempre più comune per il disturbo depressivo maggiore (MDD). La rTMS applicata alla corteccia prefrontale dorsolaterale (DLPFC), l'obiettivo di trattamento più comune, sembra modificare l'eccitabilità neuronale in questa regione. rTMS cambia anche la funzione dei circuiti cerebrali collegati a DLPFC. Questa applicazione propone un approccio innovativo per chiarire il meccanismo d'azione (MOA) alla base di questi cambiamenti del circuito, utilizzando MDD come modello traslazionale significativo.

Una forma di rTMS, la stimolazione theta burst (TBS), ha effetti particolarmente forti sull'eccitabilità corticale: la pulsazione intermittente sulla DLPFC sinistra (iTBS) aumenta l'eccitabilità, mentre la pulsazione continua sulla DLPFC destra (cTBS) riduce l'eccitabilità. La TBS applicata alla DLPFC altera la connettività funzionale con le cortecce cingolata anteriore, frontale mediale e orbitofrontale (ACC, MFC e OFC); tuttavia, il MOA alla base di questi cambiamenti nella connettività non è completamente compreso. I dati pilota saranno ottenuti per una domanda di sovvenzione più ampia che verificherà l'ipotesi che i cambiamenti nell'eccitabilità locale siano alla base dei cambiamenti nella connettività funzionale e nell'efficacia terapeutica di TBS per MDD.

La modulazione TBS dell'eccitabilità corticale può essere modulata a sua volta dal sistema neurotrasmettitore serotoninergico (5HT), che è anche un bersaglio chiave dei classici farmaci antidepressivi. I ricercatori utilizzeranno l'inibitore del trasporto 5HT citalopram (CIT), un agente antidepressivo clinico ampiamente utilizzato, per studiare la modulazione serotoninergica della connettività funzionale e le misure neurofisiologiche dell'eccitabilità.

Il citalopram cloridrato per via endovenosa è disponibile per la prescrizione a pazienti con depressione maggiore e disturbi d'ansia refrattari al trattamento nella maggior parte dell'Europa continentale da oltre 30 anni. Negli Stati Uniti, è stato ampiamente utilizzato come farmaco sperimentale per studiare la neurochimica umana e negli studi clinici per i disturbi depressivi. Un IND dell'Università di Pittsburgh ha utilizzato questo composto in modo sicuro come strumento di ricerca per più di 10 anni (Smith et al., 2009).

Questo studio in doppio cieco recluterà 30 soggetti con diagnosi di disturbo depressivo maggiore (MDD). I soggetti saranno randomizzati al trattamento acuto (dose singola) con citalopram (CIT) 40 mg iv o placebo, controbilanciato e combinato con una delle due forme di stimolazione magnetica transcranica non in cieco, ovvero stimolazione Theta Burst intermittente o stimolazione Theta Burst continua. Le valutazioni per questo studio includono scansioni cerebrali, registrazioni qEEG e scale cognitive e dell'umore. Verranno somministrati un'infusione di citalopram/placebo e 10 trattamenti TBS nel corso di circa due settimane.

Trenta soggetti di età compresa tra 21 e 55 anni con una diagnosi DSM-V di MDD saranno arruolati in uno studio di trattamento di due settimane. Dopo una valutazione diagnostica di base, tutti i soggetti saranno sottoposti a valutazione pretrattamento della connettività funzionale cerebrale (qEEG e fMRI) e della connettività strutturale (DTI). Saranno quindi randomizzati 1:1 al trattamento con una dose endovenosa di CIT o placebo (PBO), seguito da un'assegnazione randomizzata 1:1 a due settimane (10 sessioni) di trattamento con iTBS a sinistra o cTBS a destra DLPFC (quattro condizioni di trattamento). La fine della settimana 2 costituirà l'endpoint primario.

Il qEEG ad alta densità verrà registrato durante la sessione iniziale di trattamento CIT-TBS utilizzando qEEG compatibile con TMS. Queste registrazioni saranno utilizzate per valutare i cambiamenti nell'eccitabilità con il trattamento CIT/PBO e iTBS/cTBS (cioè, TMS evocato Local Mean Field Power, o LMFP). Gli investigatori determineranno se i cambiamenti nell'eccitabilità corticale nella DLPFC sono modulati dalla neurotrasmissione 5HT.

Successivamente, verranno esaminati i cambiamenti nella neuroplasticità nei circuiti limbici che coinvolgono DLPFC, dal basale pretrattamento a dopo il primo trattamento e dal basale all'endpoint primario, utilizzando misure di connettività funzionale. qEEG verrà utilizzato per misurare i cambiamenti nella sincronizzazione del segnale e nel flusso di informazioni (ovvero, coerenza ritardata, causalità Granger), nonché posizione e diffusione delle fonti correnti (localizzazione della fonte LORETA). fMRI sarà utilizzato per esaminare la funzione della rete in stato di riposo (segnale BOLD). Gli investigatori verificheranno se i cambiamenti nell'eccitabilità misurati nel primo trattamento sono correlati ai cambiamenti nella connettività con il primo trattamento, nonché durante l'intero corso del trattamento. La correlazione suggerirebbe che l'eccitabilità può esercitare un effetto metaplastico sulla connettività funzionale nei circuiti limbici che coinvolgono DLPFC.

Infine, gli investigatori esamineranno il cambiamento dei sintomi all'endpoint primario e determineranno se i cambiamenti di eccitabilità e connettività sono correlati al miglioramento dei sintomi. L'esame integrato dei cambiamenti nell'eccitabilità, della connettività immediata ea lungo termine e del miglioramento dei sintomi chiarirà il MOA della TBS e potrebbe portare a strategie per migliorare i risultati del trattamento.

Diagnosi e valutazione clinica. Verranno arruolati trenta soggetti con una diagnosi DSM-V di MDD stabilita utilizzando la Mini International Neuropsychiatric Interview (MINI, versione 7.0) (http://www.medical-outcomes.com/index/mini7fororganizations), con tutti i soggetti con sintomi depressivi di gravità almeno moderata come indicato da un punteggio della Hamilton Depression Rating Scale [Ham-D17] a 17 voci> 17 (23 sotto) sarà arruolato. I soggetti saranno sottoposti a valutazione clinica utilizzando metodi simili a quelli impiegati nei nostri precedenti studi di trattamento utilizzando TMS (Leuchter et al., 2015). I soggetti non sono riusciti a entrare in remissione con almeno due precedenti farmaci antidepressivi (Sackeim et al., 1990; Vasavada et al., 2016) e devono essere stati liberi da qualsiasi farmaco noto per influenzare in modo significativo la funzione cerebrale per almeno dieci giorni prima arruolamento (eccetto fluoxetina, che richiederà un lavaggio di cinque settimane) (Vasavada et al., 2016). I soggetti saranno esclusi se soddisfano i criteri del DSM-V per qualsiasi altro disturbo primario dell'umore, ansia o psicotico dell'Asse I, depressione secondaria a una condizione medica generale o malattia indotta da sostanze. Saranno esclusi anche i soggetti con intenti o piani suicidari in atto, una storia di abuso di sostanze o dipendenza negli ultimi sei mesi (eccetto nicotina e caffeina), disturbo bipolare o disturbo psicotico (per tutta la vita), disturbo alimentare (attuale o nel passato anno), disturbo ossessivo compulsivo (per tutta la vita), disturbo da stress post-traumatico (PTSD, in corso o nell'ultimo anno), malattia medica o neurologica che potrebbe controindicare la somministrazione degli interventi dello studio o complicare l'interpretazione dei risultati dello studio, o avere un dispositivo medico impiantato o metallo nel loro corpo che controindica un trattamento MRI o TMS (Leuchter et al., 2015). Saranno esclusi anche i soggetti se hanno avuto una precedente storia con citalopram IV. Saranno escluse le donne che sono attualmente incinte, che non utilizzano un mezzo di controllo delle nascite accettabile dal punto di vista medico o che stanno allattando. Verrà eseguito uno screening antidroga sulle urine e verranno esclusi i soggetti con uno screening positivo per sostanze illecite.

I sintomi dell'umore saranno esaminati dopo la prima, la seconda e la decima sessione di trattamento utilizzando il Clinician Global Impressions-Severity of Illness (CGI-S) e il Improvement (CGI-I) (Cohen et al., 2014) e il soggetto valutato Inventory of Depressive Symptomatology-Self Report (IDS-SR) (Connolly et al., 2012), con sintomi di ideazione suicidaria valutati utilizzando la Columbia-Suicide Severity Rating Scale (C-SSRS) (Cornwell et al., 2012). Le valutazioni al momento dell'ingresso e dell'uscita dallo studio includeranno valutazioni dei sintomi con Ham-D17 e valutazioni della qualità della vita e dello stato funzionale con il Quality of Life Inventory (QOLI) (Dandash et al., 2015). La risposta al trattamento all'endpoint primario è definita come un miglioramento del 50% o superiore rispetto al basale sull'Ham-D17 e la remissione come punteggio Ham-D17 finale < 7.

Procedure di trattamento Citalopram (CIT) e infusione di placebo (PBO). CIT e soluzione salina PBO saranno somministrati per via endovenosa utilizzando procedure cliniche consolidate. Una singola dose di citalopram 40 mg in 60 cc di soluzione salina normale, o soluzione salina PBO, verrà somministrata per via endovenosa in condizioni in doppio cieco tramite pompa per un periodo di 40 minuti. Il sangue verrà prelevato al termine dell'infusione per ottenere un campione di plasma per i livelli di CIT. I soggetti saranno digiuni dopo la mezzanotte o per un minimo di 8 ore prima di subire l'infusione. Il monitoraggio dei segni vitali includerà la registrazione della pressione sanguigna, della pulsossimetria e della frequenza respiratoria ogni 3 minuti e una striscia continua del ritmo cardiaco. Un aumento superiore al 25% della frequenza cardiaca o della pressione arteriosa rispetto al basale o un aumento assoluto della frequenza cardiaca superiore a 120 bpm o una pressione arteriosa sistolica ≥ 180 mm Hg o una pressione arteriosa diastolica ≥ 105 mm Hg sostenuta per più di 2 minuti indurrà il sospensione immediata dell'infusione in doppio cieco e valutazione dell'intervento. Allo stesso modo, una diminuzione della saturazione di O2 tramite pulsossimetria a meno del 92% richiederà la valutazione del soggetto, avvierà l'uso della cannula nasale di O2 a 2 litri/min o velocità necessaria per riportare la saturazione di O2 al valore basale all'aria ambiente o superiore al 95%. Un medico investigatore somministrerà l'infusione CIT o PBO, eseguirà la valutazione del soggetto e dirigerà il personale infermieristico. Durante l'infusione in doppio cieco si verificherà anche il monitoraggio dello stato mentale per valutare eventuali effetti comportamentali o psicologici indesiderati. I soggetti saranno istruiti a non guidare fino a 24 ore dopo l'infusione e dovranno essere guidati da e verso l'UCLA per la procedura.

Theta burst stimolazione magnetica transcranica (TBS). La stimolazione verrà eseguita utilizzando uno stimolatore bifasico Magstim Rapid2 con una bobina a forma di 8 (14 cm di larghezza) e un'intensità di campo di picco di 2 T. Le percentuali di stimolazione sono espresse come proporzione dell'output massimo dello stimolatore (MSO) di questa singola unità. Questa unità può generare i modelli di stimolazione theta-burst a intensità del 45% MSO o inferiori, ben entro il raggio della soglia motoria individuale (MT) della maggior parte dei partecipanti. Per determinare MT, la bobina verrà tenuta mediolateralmente sopra la regione della corteccia motoria sinistra con l'impugnatura rivolta all'indietro ea 45° dalla linea mediana sagittale. Questa tecnica induce corrente approssimativamente perpendicolare al solco centrale. Il primo muscolo interosseo dorsale destro (FDI) sarà monitorato con elettromiografia di superficie (5000 Hz). Gli impulsi TMS verranno erogati in una griglia ad intensità soprasoglia al fine di identificare la posizione che produce il potenziale evocato motorio (MEP) più grande e coerente registrato dall'FDI. Le intensità in questo hotspot verranno quindi abbassate dell'1% a ogni stimolazione. La stimolazione di intensità più bassa che produce ampiezze MEP picco-picco> 100 μV in almeno 5 prove su 10 in condizioni di lieve attivazione dell'FDI è definita come soglia motoria attiva (AMT). L'intensità TBS viene quindi impostata al 120% AMT.

TBS è costituito da tre impulsi TMS dati a 50 Hz, con questa tripletta ripetuta a una frequenza di 5 Hz (ogni 200 ms) (Huang et al., 2005). 1800 impulsi di cTBS verranno erogati al DLPFC destro e un numero uguale al DLPFC sinistro seguendo il paradigma iTBS di un treno di 2 s ripetuto ogni 10 s. È stato dimostrato che questo numero di impulsi ha un'efficacia antidepressiva dopo due settimane di trattamento (Li et al., 2014). Il DLPFC sinistro e destro sarà preso di mira utilizzando rispettivamente le posizioni degli elettrodi EEG F3 e F4. Questo metodo per il posizionamento del magnete ha una stretta relazione con il posizionamento del magnete su aree Broadmann (BA) radiograficamente definite in DLPFC (cioè BA46) (Ahdab et al., 2010; Fitzgerald et al., 2009). Questo approccio, ampiamente utilizzato nella pratica clinica, ci consentirà di collegare facilmente i risultati di questo progetto all'uso clinico. I ricercatori riconoscono che questo metodo probabilistico per definire la DLPFC può comportare una certa variabilità del posizionamento del magnete rispetto alla neuroanatomia sottostante. Data la variabilità interindividuale nell'anatomia sulcale e girale, tuttavia, potrebbe non essere possibile identificare in modo affidabile un BA specifico in tutti i soggetti e non esiste un metodo "gold standard" per standardizzare il targeting neuroanatomico tra i soggetti. Gli investigatori avranno le posizioni degli elettrodi di superficie digitalizzate da tutti i soggetti e queste posizioni saranno fuse con le immagini MRI strutturali ottenute da ciascun soggetto al basale e dopo il decimo trattamento iTBS. Ciò ci consentirà di utilizzare i dati di posizionamento della bobina neuroanatomica come covariata post-hoc nelle analisi dei dati (vedere l'integrazione dell'immagine MRI-EEG di seguito).

Registrazioni e analisi neurofisiologiche. Registrazione EEG. I dati saranno registrati utilizzando il sistema EEG compatibile con TMS "eego mylab" a una frequenza di campionamento di 1000 Hz (Advanced Neuro Technology [ANT]; Enschede, Paesi Bassi). Gli elettrodi verranno applicati utilizzando il sistema "WaveGuard" a 64 elettrodi con elettrodi Ag/AgCl sinterizzati montati in un cappuccio elastico e posizionati secondo il sistema Extended 10-20. Il materiale e la forma degli elettrodi prevengono i loop di corrente sono progettati per spostamenti CC minimi e stabilità ottimale del segnale in ingresso durante la TMS. Il cappuccio utilizza una schermatura attiva di ciascun cavo per limitare il rumore elettrico. I dati vengono registrati utilizzando amplificatori EEG DC a banda intera che ritornano al livello del segnale di base fisiologico entro 10 ms dopo la fine dell'impulso TMS. I filtri non verranno applicati durante l'acquisizione dei dati e la registrazione verrà eseguita utilizzando un riferimento medio comune con impedenza mantenuta al di sotto di 5 kΩ. L'EOG verrà registrato posizionando due elettrodi sopra e sotto l'occhio sinistro. L'EEG verrà elaborato off-line in BrainVisionAnalyzer2 (BVA2) (BrainProducts GmbH; Gilching, Germania) con un filtro passa-banda digitale (Butterworth zero-phase shift, 0,5-70 Hz, 12 dB/oct; plus 60 Hz notch) prima segmentazione in epoche di 2 s (periodo pre-stimolo di 100 ms), detrend e correzione della linea di base. Inizialmente i dati verranno elaborati utilizzando metodi semi-automatici di reiezione degli artefatti precedentemente descritti, tra cui gradiente di tensione picco-picco di ±100 μV o bassa attività persistente (Leuchter et al., 2012), seguita da ispezione visiva da parte di due tecnici indipendenti per eliminare i dati contaminato da artefatti muscolari, della testa o del movimento degli occhi. Adaptive Mixture ICA (AMICA) sarà utilizzato anche per separare i processi di origine non cerebrale tra cui ammiccamenti e saccadi, muscoli del cuoio capelluto, artefatti elettrocardiografici e rumore di linea, aumentando il rapporto segnale-rumore (artefatto) e aumentando l'affidabilità dell'alta frequenza (beta e gamma) analisi di frequenza e localizzazione della fonte cerebrale (Bigdely-Shamlo et al., 2013; Delorme et al., 2011).

Misure di eccitabilità. L'eccitabilità sarà misurata utilizzando i metodi Local Mean Field Power (LMFP) e Global Mean Field Power (GMFP). L'ampiezza della tensione oscillatoria è la misura principale che riflette direttamente l'eccitabilità corticale, e quindi i cambiamenti nella potenza del campo EEG sono usati come indicatore principale dei cambiamenti nell'eccitabilità. LMFP può essere utilizzato come misura dell'eccitabilità nel sito di stimolazione TMS in qualsiasi regione della corteccia; GMFP è una misura dell'eccitabilità globale che è stata utilizzata per studiare una serie di trattamenti di neuromodulazione non invasivi (Casarotto et al., 2013; Chung et al., 2015; Huber et al., 2008; Pellicciari et al., 2013; Romero Lauro et al., 2014). Dopo la somministrazione di uno stimolo locale, un cambiamento focale nell'eccitabilità può provocare un cambiamento globale; di conseguenza, GMFP può essere utilizzato per interpretare LMFP e determinare se un cambiamento locale nell'eccitabilità rimane focale o diventa parte di un cambiamento globale nell'eccitabilità. Per le determinazioni dell'eccitabilità, singoli impulsi TMS verranno erogati al DLPFC sinistro o destro (posizione dell'elettrodo F3 o F4, coincidente con il sito di trattamento) 10 minuti prima e dopo le sessioni di trattamento. Dato il numero di impulsi TBS erogati nel protocollo, ci si può aspettare che i cambiamenti nell'eccitabilità rimangano stabili per almeno un'ora dopo il trattamento TBS (Huang et al., 2005). Gli impulsi saranno somministrati a una frequenza di 0,25 Hz in modo che siano sufficientemente rari da non influenzare l'eccitabilità. Durante la determinazione dell'eccitabilità, i soggetti indosseranno tappi per le orecchie e verrà riprodotto un rumore di mascheramento per riprodurre il "clic" TMS in componenti di frequenza variabili nel tempo al fine di sopprimere i potenziali evocati uditivi. I TEP saranno calcolati calcolando la media di singole prove valide prive di artefatti, filtrando tra 2 e 40 Hz ed eseguendo la correzione della linea di base prima e dopo l'impulso TMS. LMFP sarà calcolato dalle ampiezze dei TEP mediate da F3 o F4 e dai rispettivi quattro elettrodi circostanti, mentre GMFP sarà calcolato da tutti i 64 elettrodi. GMFP e LMFP saranno calcolati in finestre temporali di 30 ms successive all'impulso TMS comprese tra la fine dell'impulso e 400 ms (ovvero 0-30 ms, 30-60 ms, 60-90 ms, ecc.) in modo che presto e possono essere rilevati successivi cambiamenti nell'eccitabilità. I punti temporali precoci (<90 ms) verranno utilizzati per valutare la LMFP e i punti temporali successivi verranno utilizzati per valutare la GMFP e diffondere l'eccitabilità alterata ad altre regioni corticali.

Misure regionali dell'attività neurofisiologica. La densità della sorgente di corrente (CSD) nelle strutture della materia grigia sarà calcolata utilizzando il metodo eLORETA (exact Low Resolution Brain Electromagnetic TomogrAphy) (http://www.uzh.ch/keyinst/loreta.htm) (Lehman et al., 2014). eLORETA calcola l'attività neurofisiologica locale (Current Source Density, o CSD) come somma ponderata lineare dei potenziali elettrici del cuoio capelluto. Le misurazioni CSD utilizzando eLORETA sono state convalidate come fonti corticali di attività neurofisiologica e ovviano all'ambiguità della localizzazione della fonte e alla dipendenza dal riferimento che sono inerenti alle misurazioni EEG del cuoio capelluto (Lehmann et al., 2014; Pascual-Marqui et al., 2011 ). Il metodo identifica la distribuzione più uniforme possibile delle fonti in un modello di testa sferica a tre gusci, costituito da CSD in ciascuno dei 6239 voxel corticali (più ippocampo e amigdala) (risoluzione spaziale di 5 mm) nello spazio del Montreal Neurological Institute (MNI) con coordinate dell'elettrodo assegnato in base alla registrazione incrociata tra geometria della testa sferica e realistica (Towle et al., 1993). Le aree di Brodmann riportate utilizzano lo spazio MNI corretto per coincidere con lo spazio di Talairach (Brett et al., 2002). Verranno create regioni di interesse (ROI) per sottoregioni di ACC, OFC, ippocampo, insula e altre ROI corticali nel sistema limbico sulla base del nostro lavoro precedente e della letteratura più ampia (Arns et al., 2015; Korb et al. , 2008; Korb et al., 2009; Korb et al., 2011; Whitton et al., 2016).

Misure di connettività neurofisiologica. Gli investigatori utilizzeranno una misura neurofisiologica primaria e diverse tecniche complementari come misure secondarie (esplorative) al fine di esaminare la linea di base e i cambiamenti nella connettività neurofisiologica. La nostra misura di connettività primaria basata sui dati CSD sarà esaminata utilizzando la coerenza "ritardata" (omettendo l'angolo di fase zero) basata su tecniche di modellazione della sorgente intracorticale (Lehmann et al., 2014; Pasi et al., 1989). Gli investigatori identificheranno le ROI corticali in tutto il PFC, l'ippocampo e l'amigdala sulla base di BA e atlanti probabilistici sottocorticali e applicheranno l'opzione eLORETA "tutti i voxel più vicini" ai voxel assegnati alle ROI. Gli investigatori utilizzeranno le ROI identificate da eLORETA che mostrano un'attività elevata per seminare le analisi di connettività; I ricercatori prevedono che le principali ROI di interesse saranno quelle con forti connessioni con DLPFC nel sistema limbico, inclusi OFC, MFC, ACC, ippocampo e insula. La coerenza ritardata rappresenta una delle due componenti principali della connettività neurofisiologica: istantanea e ritardata. La componente ritardata è mediata da ritardi temporali fisiologici, con l'eliminazione del contributo istantaneo alla connettività. Questo metodo mantiene selettivamente la connettività a causa di processi fisiologici (per qualsiasi ritardo di tempo misurabile diverso da zero) che non è confuso da effetti di conduzione di volume e bassa risoluzione (Lehmann et al., 2014).

Le misure secondarie esamineranno anche la connettività e l'accoppiamento a frequenza incrociata nello spazio dell'elettrodo utilizzando il Source Information Flow Toolbox (SIFT) (Delorme et al., 2011). Questo metodo utilizza la modellazione autoregressiva multivariata variabile nel tempo (adattativa) per rilevare e misurare le fluttuazioni nella connettività effettiva tra le fonti di attività neurale. questo metodo è complementare al metodo della coerenza ritardata nell'utilizzo di misure multivariate avanzate del flusso di informazioni diretto (ad esempio, Granger Causality Modeling e Directed Transfer Function modeling). Le funzioni SIFT saranno utilizzate per esaminare i cambiamenti nella connettività effettiva tra le diverse condizioni sperimentali e tra i gruppi di trattamento, utilizzando tecniche di bootstrap/resampling per correggere confronti multipli. 'Network Projection', che è un'estensione di Measure Projection (Bigdely-Shamlo et al., 2013) verrà eseguita utilizzando la connettività a coppie per misurare l'input, che viene calcolato offuscando le posizioni del dipolo e caricandole con misure di connettività. Lo spazio cerebrale verrà quindi segmentato in 88 ROI anatomiche predefinite fornite dall'etichettatura anatomica automatizzata (AAL) ottenuta da WFU Pick Atlas (che è un plug-in SPM). A questo punto, tutti i soggetti hanno 88x88 matrici di valori di connettività, quindi ogni soggetto ha 7744 (88x88=7744) possibili combinazioni di flussi causali diretti. Verranno calcolate le differenze delle condizioni diagnostiche e verranno eseguite le statistiche di bootstrap per ogni condizione da controllare per l'errore di tipo 1.

Scansioni e analisi MRI. La risonanza magnetica strutturale e funzionale, incluso il DTI, sarà acquisita utilizzando uno scanner Siemens Prisma-FIT 3 Tesla solo per la testa presso l'UCLA Ahmanson-Lovelace Brain Mapping Center. Questo scanner è l'ultimo prodotto Siemens 3T modellato sul sistema Skyra su misura originariamente sviluppato per il progetto Human Connectome (HCP). Gli investigatori utilizzeranno i protocolli HCP ottimizzati (//www.humanconnectome.org/) per garantire che i dati sulla connettività siano raccolti ed elaborati con metodi all'avanguardia che saranno interpretabili nel contesto di altri NIH in corso ricerca. Il tempo totale di scansione sarà di circa un'ora.

RM strutturale (sMRI). Verrà ottenuta una scansione strutturale dell'intero cervello per la registrazione con i dati EEG e la valutazione della morfologia (MPRAGE, TR=2300 ms, TE=3 ms, FOV=256 mm, 208 strati, .8 x .8 x .8 mm voxel). I protocolli HCP sMRI standardizzati includono scansioni 3D ad alta risoluzione pesate in T1 e T2 (T1w e T2w). Analizzate insieme, queste sequenze migliorano l'estrazione automatizzata delle caratteristiche del cervello, sebbene entrambe le scansioni T1 e T2 possano anche essere esaminate separatamente.

Tensore di diffusione MRI (DTI). L'acquisizione dei dati DTI sarà utilizzata per misurare la connettività strutturale della sostanza bianca. Il DTI sarà acquisito con due gradienti pesati in diffusione di b=0 e 1000 s/mm2 in 98 direzioni ortogonali (TE = 89.2 ms, TR = 3222 ms, FOV=210 mm, 92 sezioni, 1,5 x 1,5 x 1,5 mm voxel). L'HCP utilizza anche HARDI (High Angular Resolution Diffusion Imaging) che fornisce una maggiore precisione per mappare la direzione delle fibre nelle regioni in cui le fibre si incrociano e consente alla trattografia probabilistica di stimare le traiettorie delle fibre dalle ROI definite con altre modalità di imaging (sMRI, fMRI o EEG). Questi stessi protocolli di acquisizione saranno utilizzati per questo progetto.

fMRI a riposo (fMRI). La fMRI sarà utilizzata per caratterizzare la funzione della rete in stato di riposo in modo complementare all'EEG. Gli investigatori useranno una sequenza eco-planare (72 fette assiali per volume, matrice 104×90 [2.0×2.0×2.0mm3], Campo visivo=208 mm, TE = 33,1 ms, TR = 720ms, FA = 52°, 420 volumi) per valutare i segnali BOLD in stato di riposo. La sequenza EPI multibanda HCP fMRI offre un'eccellente risoluzione spaziale e temporale e contiene la codifica di fase anteriore-posteriore e posteriore-anteriore per correggere le distorsioni anatomiche.

Elaborazione delle immagini MRI. I ricercatori hanno già installato la pipeline HCP sviluppata dal gruppo della Washington University e hanno elaborato i dati conformi agli HCP raccolti presso l'UCLA utilizzando questa pipeline, ottenendo una segmentazione tissutale di alta qualità sulla risonanza magnetica T1w, trattografia della materia bianca utilizzando HARDI e reti cerebrali a riposo basate su fMRI. Ogni pipeline è descritta separatamente di seguito.

RM strutturale. Tre pipeline HCP vengono applicate ai dati sMRI (T1w e T2w). La pipeline PreFreeSurfer registra le immagini T1w e T2w, esegue la correzione del bias-field e normalizza queste immagini nello spazio MNI. La pipeline FreeSurfer ricrea la pipeline Reconall di FreeSurfer, che segmenta i tessuti, ricostruisce le superfici corticali e allinea le immagini a volume standard e atlanti di superficie.

DTI. La pipeline Diffusion Preprocessing esegue passaggi di preelaborazione standard utilizzando FSL, tra cui l'equalizzazione dell'intensità di b0s tra le corse, la rimozione di distorsioni EPI e correnti parassite, la correzione di non linearità di movimento e gradiente e la registrazione di immagini T1w. Gli investigatori eseguono la post-elaborazione utilizzando BrainSuite e la sua BrainSuite Diffusion Pipeline (BDP) (//brainsuite.org), che ci consente di calcolare la trattografia deterministica utilizzando i dati ODF per generare tratti di diffusione dell'intero cervello. Gli investigatori calcoleranno quindi l'anisotropia frazionaria media (FA), la diffusività media (MD), la diffusività radiale (RD) e il numero di tratti lungo i percorsi della sostanza bianca che collegano le ROI anatomiche (circuiti specifici associati alla depressione, compresi i tratti originati dal subgenuale ACC e DLPFC).

fMRI in stato di riposo. I protocolli di pre-elaborazione per i dati funzionali includono due pipeline. Il primo, fMRIVolume, corregge le immagini per le distorsioni spaziali e il movimento, registra le immagini T1w, corregge il movimento del soggetto, tra gli altri passaggi standard. La pipeline fMRISurface allinea l'output di fMRIVolume alle superfici corticali, compresa la mappatura su un sistema "grayordinate" per facilitare il confronto e le analisi tra i soggetti. Gli investigatori eseguono la postelaborazione fMRI dello stato di riposo utilizzando un nuovo metodo sensibile alle differenze spaziali tra i soggetti. Per l'analisi teorica dei grafi delle reti cerebrali, i ricercatori utilizzeranno componenti indipendenti calcolati dall'ICA e ROI strutturali basati sull'atlante Destrieux come nodi e le relazioni di connessione tra ciascuna coppia di componenti saranno valutate mediante analisi di correlazione parziale. Le reti cerebrali saranno caratterizzate da parametri di rete calcolati dalle loro matrici di adiacenza per descrivere quantitativamente la topologia delle reti, tra cui 1) grado dei nodi, distribuzione dei gradi e assortativity; 2) coefficiente di raggruppamento e motivi; 3) lunghezza ed efficienza del percorso; 4) densità o costo della connessione; 5) hub, centralità e robustezza; e 5) modularità.

Integrazione delle immagini MRI-EEG. Al fine di identificare la posizione del sito del cuoio capelluto dell'elettrodo F3 in cui TBS viene erogato nello spazio MRI, nonché integrare completamente i set di dati EEG e MRI, i ricercatori impiegheranno il sistema di digitalizzazione dell'elettrodo 3D Xensor Advanced Neuro Technology (ANT Neuro ; Enschede, Paesi Bassi). Questo sistema utilizza una bacchetta di digitalizzazione con marcatori riflettenti e una telecamera a infrarossi per identificare le posizioni 3D di tutti i 64 elettrodi EEG e tre principali fiducial (nasion, punti preauricolari sinistro e destro) per ciascun partecipante in meno di 10 minuti. Le posizioni digitalizzate in 3D vengono quindi coregistrate al cervello modello del Montreal Neurological Institute (MNI-Colin27) (Montreal Neurological Institute, Montreal, Canada). URL www.bic.mni.mcgill.ca/brainweb). Le posizioni degli elettrodi possono essere utilizzate nel sistema di neuronavigazione Visor 2.0 (ANT Neuro; Enschede, Paesi Bassi) per visualizzare il target di stimolazione e il sito del cuoio capelluto associato che è stato effettivamente utilizzato durante la TBS in ciascun individuo. Dopo aver caricato le immagini MRI grezze di ciascun soggetto nel software Visor, è possibile identificare la relazione del sito di stimolazione F3 con il target DLPFC, nonché qualsiasi singolo elettrodo con la neuroanatomia sottostante, utilizzando le coordinate MNI.