Op spectrale correlatiecoëfficiënt gebaseerde TMS (STMS)

Aangenomen wordt dat het therapeutische voordeel van repetitieve transcraniële magnetische stimulatie (rTMS) voor de behandeling van depressieve stoornis (MDD) afhangt van de betrokkenheid van functionele hersennetwerken (FN's). Betrokkenheid is afhankelijk van een interactie tussen de rTMS-stimulatiefrequentie en de voorkeursoscillatiefrequentie van het doelnetwerk voor die persoon. We rapporteren hier over een nieuwe methode om het behandelingsdoel van de linker dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC) te ondervragen om de optimale frequentie voor betrokkenheid van het frontoparietale controlenetwerk (FCN) voor elk individu te identificeren. 23 proefpersonen met MDD werden gestimuleerd met 40 puls-rTMS-treinen met frequenties variërend van 3-17 Hz in stappen van 0,2 Hz, plus een afzonderlijke intermitterende theta-burst (iTBS)-stimulatie, voor een totaal van 70 frequentie-ondervragingen. FN-betrokkenheid werd beoordeeld met behulp van continue high-density array TMS-EEG-opnames en meting van de verandering in de dichtheid van de spectrale correlatiecoëfficiënt (SCC) tussen linker DLPFC en andere hersengebieden na elke ondervraging. Alle proefpersonen hadden een of meer frequentiebanden die hoge SCC-waarden vertoonden over meerdere FN's, ongeacht de frequentie van uitlezing. De proefpersonen die een klinische respons vertoonden op 10 Hz rTMS vertoonden een toename in SCCD via FCN-verbindingen als reactie op 10 Hz-ondervraging, maar niet als reactie op ondervraging in andere banden. Er was een sterk verband tussen de toename van SCCD bij FCN en de mate van verbetering van depressieve symptomen na zowel 2 als 6 weken behandeling. Deze bevindingen suggereren dat SCC-dichtheid nuttig kan zijn voor het identificeren van rTMS-stimulatiefrequenties die geassocieerd zijn met therapeutisch voordeel bij MDD. Deze studie zal de haalbaarheid onderzoeken met behulp van deze bevindingen om te bepalen of SCC-bepaalde rTMS-behandeling patiënten met een depressieve stoornis ten goede kan komen.

INLEIDING EN RATIONALE

Van repetitieve transcraniële magnetische stimulatie (rTMS) is gemeld dat het de symptomen van depressieve stoornis (MDD) verlicht wanneer het wordt toegediend met een aantal verschillende stimulatiefrequenties: 1, 5, 10, 15, 18 en 50 Hz (theta burst-stimulatie of TBS ) hebben allemaal gemeld dat ze klinisch voordeel opleveren. Het is moeilijk om de werkzaamheid van deze verschillende stimulatiefrequenties te vergelijken vanwege verschillen in onderzoeksopzet en beperkingen van de steekproefomvang, maar er is significant bewijs van werkzaamheid voor elk van deze frequenties wanneer toegepast op een of meer stimulatiedoelen.1 Er zijn geen rechtstreekse onderzoeken geweest om verschillende stimulatiefrequenties bij individuele proefpersonen te vergelijken om te bepalen of individuen vergelijkbare klinische reacties hebben op meer dan één stimulatiefrequentie.

Een kenmerk dat door alle frequenties van rTMS wordt gedeeld, is dat terwijl de stimulatie aan de gang is, zowel neuronale spikes als aanhoudende oscillaties worden gesynchroniseerd met de frequentie van stimulatie (Fröhlich en McCormick, 2010; Thut et al., 2011). Er wordt verondersteld dat deze modulatie van cerebrale oscillerende activiteit ten grondslag ligt aan de therapeutische effecten van rTMS voor MDD. Er is aangetoond dat het meesleuren van hersenoscillaties de hersenactiviteit in een verscheidenheid aan functionele netwerken (FN's) wijzigt, met veranderingen in oscillaties geassocieerd met veranderingen in taakuitvoering, lokale oscillerende activiteit, connectiviteitspatronen en in het geval van motornetwerken, corticospinale koppeling.

Verschillende frequenties van rTMS-stimulatie hebben verschillende effecten op FN-betrokkenheid en taakuitvoering. Deze differentiële effecten komen overeen met het feit dat FN's een of meer geprefereerde resonantiefrequenties hebben die connectiviteit bemiddelen zowel binnen als tussen netwerken (Hacker et al., 2017, , , De effecten van rTMS-stimulatie hangen af ​​van de interactie tussen de frequentie van stimulatie en de voortdurende oscillerende activiteit van de doel-FN('s): het oscillatiepatroon van het specifieke hersengebied dat wordt gestimuleerd (zoals gemeten met elektro-encefalografie [EEG]) is een belangrijke bepalende factor voor rTMS-betrokkenheid bij de bijbehorende FN('s)3, en de effecten op netwerkprestaties.

Het frontopariëtale controlenetwerk (FCN) is van bijzonder belang bij MDD omdat het ontregeld is bij MDD, waarbij de mate van disfunctie verband houdt met de ernst van depressieve symptomen. Het meest gebruikte neuroanatomische rTMS-stimulatiedoel is de linker dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC), een cruciaal knooppunt van het FCN. Bovendien speelt de FCN een cruciale rol bij het integreren van de functie van meerdere andere FN's. , , 10 Hz is de meest gebruikelijke rTMS-stimulatie die wordt gebruikt om het linker DLPFC-doel te stimuleren, maar het is niet vastgesteld dat deze frequentie optimaal is voor het inschakelen van het FCN. Meerdere stimulatiefrequenties hebben differentiële effecten op het FCN, waardoor FCN-interacties met het standaardmodusnetwerk (DMN) veranderen van stimulerend naar remmend. Deze bevinding komt overeen met het feit dat het aanpassen van de stimulatiefrequentie van invloed is op welke knooppunten binnen een enkele FN zijn ingeschakeld, de mate waarin rTMS-stimulatie lokaal vs. verre netwerkmodules, en verandert selectief de betrokkenheid tussen een FN en een aangesloten hersengebied. Het is bekend dat FCN-connectiviteit wordt gemedieerd door meerdere frequenties variërend van 2 Hz (deltaband) tot 20 Hz (bètaband) (Johnson et al., 2019; Lopez et al., 2019; Cooper et al., 2015; 18).

De huidige studie werd uitgevoerd om te bepalen of het mogelijk was om differentiële effecten van rTMS-behandelingsfrequentie op betrokkenheid van de FCN tijdens rTMS-behandeling van MDD te identificeren, door onderzoek van frequentiekoppeling over een breed spectrum van stimulatiefrequenties binnen de FCN. Onlangs werd gemeld dat veranderingen in de spectrale connectiviteit van het hele brein in de frequentieband (alfaspectrale correlatie of SC) van pre- tot post-de eerste sessie van 10 Hz rTMS toegepast op de linker DLPFC voorspelde uitkomst van een kuur van 30 rTMS-behandelingen . In de huidige studie hebben we de spectrale correlatie over een breed frequentiespectrum onderzocht na een reeks rTMS-ondervragingen variërend van 3 Hz tot TBS. Hierdoor konden we een spectrale correlatiecoëfficiënt (SCC) genereren over dit frequentiespectrum en bepalen welke frequenties van stimulatie zouden leiden tot verhoogde SCC binnen het FCN. Deze studie veronderstelt dat: 1) het frequentieresponspatroon van elke proefpersoon een of meer verschillende stimulatiefrequenties zou laten zien die verhoogde SCC genereerden; 2) deze frequentieresponspatronen zouden per proefpersoon verschillen, maar zeer reproduceerbaar zijn binnen proefpersonen tijdens een rTMS-behandeling; en 3) die proefpersonen met geconcentreerde toenames in FCN SCC (verhoogde SCC-dichtheid) na 10 Hz-uitlezing zouden waarschijnlijk een klinische respons vertonen op 10 Hz rTMS-behandeling.

STUDIE DOELSTELLING

Het primaire doel van deze studie is om de haalbaarheid aan te tonen van rTMS-behandeling voor depressie bij stimulatiefrequenties anders dan 10 Hz. Doelstellingen:

1. om te bepalen of het frequentieresponspatroon van elke proefpersoon een of meer verschillende frequenties van stimulatie vertoont die verhoogde SCC genereerden;
2. om te bepalen of deze frequentieresponspatronen verschillen tussen proefpersonen; En,
3. Pilotgegevens verzamelen voor een extramurale financieringsaanvraag om de effectiviteit van rTMS-behandeling bij geïndividualiseerde stimulatiefrequenties te onderzoeken als alternatief voor het standaard 10 Hz-protocol.