Spektralkorrelasjonskoeffisientbasert TMS (STMS)

Den terapeutiske fordelen med repeterende transkraniell magnetisk stimulering (rTMS) for behandling av Major Depressive Disorder (MDD) antas å avhenge av engasjement av hjernefunksjonelle nettverk (FN). Engasjement er avhengig av en interaksjon mellom rTMS-stimuleringsfrekvensen og den foretrukne oscillerende frekvensen til målnettverket for den personen. Vi rapporterer her om en ny metode for å avhøre behandlingsmålet for venstre dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) for å identifisere den optimale frekvensen for engasjement av det frontoparietale kontrollnettverket (FCN) for hvert individ. 23 forsøkspersoner med MDD ble stimulert med 40 puls rTMS-tog ved frekvenser varierende fra 3-17 Hz ved 0,2 Hz trinn, pluss en separat intermitterende theta burst (iTBS) stimulering, for totalt 70 frekvensavhør. FN-engasjement ble vurdert ved bruk av kontinuerlige TMS-EEG-registreringer med høy tetthet og måling av endringen i tettheten til den spektrale korrelasjonskoeffisienten (SCC) mellom venstre DLPFC og andre hjerneområder etter hvert avhør. Alle forsøkspersonene hadde ett eller flere frekvensbånd som viste høye SCC-verdier på tvers av flere FN-er, uavhengig av frekvensen av avhør. De forsøkspersonene som viste klinisk respons på 10 Hz rTMS viste økninger i SCCD over FCN-forbindelser på tvers som svar på 10 Hz avhør, men ikke som svar på avhør i andre bånd. Det var en sterk sammenheng mellom økningen i SCCD i FCN og grad av bedring i depressive symptomer etter både 2 og 6 ukers behandling. Disse funnene tyder på at SCC-tetthet kan være nyttig for å identifisere rTMS-stimuleringsfrekvenser som er assosiert med terapeutisk fordel ved MDD. Denne studien vil undersøke gjennomførbarheten ved å bruke disse funnene for å avgjøre om SCC-bestemt rTMS-behandling kan være til nytte for personer med alvorlig depressiv lidelse.

INNLEDNING OG BEGRUNDELSE

Gjentatt transkraniell magnetisk stimulering (rTMS) har blitt rapportert å lindre symptomer på alvorlig depressiv lidelse (MDD) når den administreres ved en rekke forskjellige stimuleringsfrekvenser: 1, 5, 10, 15, 18 og 50 Hz (theta burst stimulation, eller TBS) ) alle har rapportert å gi kliniske fordeler. Det er vanskelig å sammenligne effektiviteten til disse forskjellige stimuleringsfrekvensene på grunn av forskjeller i studiedesign og begrensninger for prøvestørrelse, men det er betydelig bevis på effektivitet for hver av disse frekvensene når de brukes på ett eller flere stimuleringsmål.1 Det har ikke vært head-to-head-studier for å sammenligne ulike stimuleringsfrekvenser hos individuelle individer for å avgjøre om individer har lignende kliniske responser på mer enn én stimuleringsfrekvens.

En funksjon som deles av alle frekvenser av rTMS er at mens stimulering pågår, er både nevronal spiking og pågående oscillasjoner synkronisert med stimuleringsfrekvensen (Fröhlich og McCormick, 2010; Thut et al., 2011). Denne moduleringen av cerebral oscillerende aktivitet antas å ligge til grunn for de terapeutiske effektene av rTMS for MDD. , Entrainment av hjerneoscillasjoner har vist seg å modifisere hjerneaktivitet i en rekke funksjonelle nettverk (FN), med endringer i oscillasjoner assosiert med endringer i oppgaveytelse, lokal oscillerende aktivitet, tilkoblingsmønstre og i tilfelle av motoriske nettverk, kortikospinal kobling.

Ulike frekvenser av rTMS-stimulering har distinkte effekter på FN-engasjement og oppgaveytelse. Disse differensielle effektene stemmer overens med det faktum at FN-er har en eller flere foretrukne resonansfrekvenser som formidler tilkobling både innenfor og på tvers av nettverk (Hacker et al., 2017 , , , Effektene av rTMS-stimulering avhenger av interaksjonen mellom frekvensen av stimulering og den pågående oscillerende aktiviteten til mål-FN(ene): det oscillerende mønsteret til den spesifikke hjerneregionen som stimuleres (målt med elektroencefalografi [EEG]) er en viktig determinant for rTMS-engasjement med de tilhørende FN(ene)3, og effektene på nettverksytelse.

Frontoparietal kontrollnettverk (FCN) er av spesiell interesse ved MDD fordi det er dysregulert ved MDD, med graden av dysfunksjon relatert til alvorlighetsgraden av depressive symptomer. Det mest brukte neuroanatomiske rTMS-stimuleringsmålet er venstre dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), som er et kritisk knutepunkt for FCN. Videre spiller FCN en avgjørende rolle ved å integrere funksjonen til flere andre FN-er. , , 10 Hz er den vanligste rTMS-stimuleringen som brukes for å stimulere venstre DLPFC-mål, men det er ikke fastslått at denne frekvensen er optimal for å aktivere FCN. Flere stimuleringsfrekvenser har differensielle effekter på FCN, og endrer FCN-interaksjoner med standardmodusnettverk (DMN) fra eksitatorisk til hemmende. Dette funnet stemmer overens med det faktum at justering av stimuleringsfrekvensen påvirker hvilke noder i en enkelt FN som er engasjert, i hvilken grad rTMS-stimulering engasjerer lokal vs. fjerne nettverksmoduler, og endrer selektivt engasjementet mellom en FN og en tilknyttet hjerneregion. FCN-tilkobling er kjent for å være mediert av flere frekvenser fra 2 Hz (deltabånd) til 20 Hz (betabånd) (Johnson et al., 2019; Lopez et al., 2019; Cooper et al., 2015; 18).

Den nåværende studien ble utført for å avgjøre om det var mulig å identifisere differensielle effekter av rTMS-behandlingsfrekvens på engasjement av FCN under rTMS-behandling av MDD, gjennom undersøkelse av frekvenskobling over et bredt spekter av stimuleringsfrekvenser innenfor FCN. Det ble nylig rapportert at endringer i spektral tilkobling i hele hjernen i frekvensbåndet (alfaspektral korrelasjon, eller SC) fra før til etter den første økten med 10 Hz rTMS brukt på venstre DLPFC spådde utfallet fra et kurs på 30 rTMS-behandlinger . I den nåværende studien undersøkte vi spektral korrelasjon over et bredt frekvensspektrum etter en serie rTMS "avhør" fra 3 Hz til TBS. Dette tillot oss å generere en spektral korrelasjonskoeffisient (SCC) over dette frekvensspekteret og bestemme hvilke stimuleringsfrekvenser som ville føre til økt SCC i FCN. Denne studien antar at: 1) hvert individs frekvensresponsmønster vil vise en eller flere distinkte stimuleringsfrekvenser som genererte økt SCC; 2) disse frekvensresponsmønstrene vil variere på tvers av forsøkspersonene, men være svært reproduserbare i forsøkspersonene i løpet av et rTMS-behandlingsforløp; og, 3) de forsøkspersonene med konsentrert økning i FCN SCC (økt SCC-densitet) etter 10 Hz avhør vil ha større sannsynlighet for å vise klinisk respons på 10 Hz rTMS-behandling.

STUDIEMÅL

Hovedmålet med denne studien er å demonstrere gjennomførbarheten av rTMS-behandling for depresjon ved andre stimuleringsfrekvenser enn 10 Hz. Mål:

1. å bestemme om hvert individs frekvensresponsmønster viser en eller flere distinkte stimuleringsfrekvenser som genererte økt SCC;
2. for å finne ut om disse frekvensresponsmønstrene er forskjellige på tvers av fag; og,
3. Å samle pilotdata for en ekstramural finansieringssøknad for å undersøke effektiviteten av rTMS-behandling ved individualiserte stimuleringsfrekvenser som et alternativ til standard 10 Hz-protokollen.