Neuromodulacja wędrówki umysłu w depresji

Sieć trybu domyślnego (DMN) to sieć strukturalnie i funkcjonalnie połączonych obszarów mózgu, która została po raz pierwszy zidentyfikowana podczas stanów „pasywnych”. Od czasu jego pierwszego odkrycia konceptualizacja DMN ewoluowała w czasie; DMN zostało teraz połączone z szeregiem procesów poznawczych wyższego rzędu, takich jak spontaniczne, samogenerujące się myśli (tj. błądzenie myślami) i myślenie o sobie w przeszłości, przyszłości i w odniesieniu do innych. Biorąc pod uwagę zaangażowanie DMN w funkcje poznawcze, naukowcy zbadali jego rolę w zaburzeniach psychicznych związanych z problemami poznawczymi, takimi jak duże zaburzenie depresyjne (MDD).

MDD to zaburzenie nastroju, w którym ludzie doświadczają utrzymującego się negatywnego nastroju lub utraty zainteresowania lub przyjemności, myśli o bezwartościowości i poczuciu winy i/lub myśli samobójcze. Większość literatury sugeruje, że obecnie osoby z depresją mają zwiększoną łączność funkcjonalną stanu spoczynku DMN w stanie spoczynku i większą aktywację DMN podczas przetwarzania negatywnych bodźców. Badacze zasugerowali, że ta nadaktywność DMN odzwierciedla tendencję osób z depresją do angażowania się w negatywne poznanie, takie jak nieprzystosowawcze błądzenie umysłu (tj. myśli nieistotne dla zadania, kiedy jednostki mają być skupione na zadaniu) i ruminacje (tj. myślenie negatywne, powtarzające się, skoncentrowane na sobie). Ogólnie rzecz biorąc, błądzenie myślami wiąże się z nieszczęściem. Przeżuwanie jest związane z utrzymywaniem się obecnego epizodu depresyjnego i jest predyktorem przyszłych epizodów depresyjnych. Dlatego zmiana tych form negatywnego poznania poprzez modulację aktywności DMN może być korzystna dla osób z MDD.

Jednym ze sposobów modulowania aktywności DMN jest stymulacja mózgu. Badacze stosowali wcześniej przezczaszkową bezpośrednią stymulację prądową (tDCS) obszaru mózgu DMN, aby wywołać niewielką, ale znaczącą redukcję zachowań błądzenia umysłem w próbce społeczności. Jednak tDCS ma niską specyficzność przestrzenną, a neuroobrazowanie nie zostało użyte do określenia, czy tDCS faktycznie zmienia błądzenie umysłu poprzez zmiany w aktywności DMN. Zogniskowana pulsacja ultradźwiękowa o niskim natężeniu (LIFUP) to nowatorska nieinwazyjna metoda stymulacji mózgu, która ma wysoką specyficzność przestrzenną, w przeciwieństwie do innych nieinwazyjnych metod stymulacji mózgu, takich jak przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (TMS) i tDCS. W szczególności LIFUP może dostarczać energię akustyczną do obszaru mózgu o średnicy kilku milimetrów. Ta metoda została zastosowana do wzgórza w celu przywrócenia świadomości pacjentom w stanach minimalnej świadomości, a badacze stosowali tę metodę w wielu badaniach zatwierdzonych przez IRB w odniesieniu do ciała migdałowatego, prążkowia brzusznego i kory śródwęchowej.

Cele szczegółowe:

Konkretnym celem tego proponowanego badania jest zbadanie wykonalności i potencjału terapeutycznego LIFUP w zmianie negatywnego poznania w depresji. W szczególności badacze zbadają, czy modulowanie aktywności DMN może zmienić nieprzystosowawcze błądzenie umysłu. Badacze stawiają hipotezę, że modulacja w dół tylnej kory zakrętu obręczy (PCC), kluczowego węzła DMN, zmniejszy funkcjonalną łączność, perfuzję i aktywację stanu spoczynku DMN podczas zadania poznawczo-afektywnego (opis poniżej). Badacze stawiają również hipotezę, że modulacja PCC w dół będzie związana ze zmniejszonym błądzeniem umysłem i zwiększoną uważnością. Na koniec badacze postawili hipotezę, że w przypadku modulacji UP PCC będzie odwrotnie.

Wybór przedmiotu:

Zrekrutowanych zostanie dwudziestu uczestników (n = 40 zdrowych osób z grupy kontrolnej, n = 40 osób z MDD) w wieku od 18 do 64 lat. Ustrukturyzowany wywiad kliniczny dotyczący zaburzeń DSM-5, wersja badawcza (SCID-5-RV)10 zostanie wykorzystany do określenia uprawnień.

Rejestracja przedmiotu:

Uczestnicy będą rekrutowani poprzez ogłoszenia e-mailowe w MGH, posty na stronach internetowych uczelni oraz ulotki (patrz załączona ulotka) publikowane w MGH i społeczności (np. Domy kultury, biblioteki publiczne, kawiarnie, restauracje i pralnie). Zostanie przeprowadzona telefoniczna kontrola w celu skutecznego potwierdzenia prawdopodobieństwa, że ​​uczestnicy spełnią kryteria włączenia i wykluczenia przed poświęceniem czasu na dalszą ocenę kwalifikowalności.

Świadoma zgoda zostanie uzyskana przed wykonaniem jakichkolwiek procedur protokolarnych. Dokument świadomej zgody zostanie wykorzystany do wyjaśnienia uczestnikowi w prosty sposób zagrożeń i korzyści wynikających z udziału w badaniu. Charakter badania zostanie w pełni wyjaśniony uczestnikowi przez PI, współbadaczy lub specjalnie przeszkolony personel badawczy. Pacjent będzie zachęcany do zadawania pytań dotyczących jego udziału w badaniu, a uczestnik może poświęcić tyle czasu, ile uzna za konieczne, aby rozważyć swój udział w badaniu, jak również skonsultować się z członkami rodziny lub ich lekarzami. Udział w tym badaniu jest dobrowolny, a osoby badane mogą w każdej chwili wycofać się z badania. Zatwierdzone przez IRB dokumenty świadomej zgody zostaną podpisane i opatrzone datą przez podmiot i osobę uzyskującą zgodę.

Procedury badania:

Po dostarczeniu informacji o badaniu i uzyskaniu świadomej zgody zatwierdzonej przez IRB, uczestnicy odbędą maksymalnie pięć wizyt studyjnych w pięciu różnych dniach.

Wizyta 1 (do 1 godziny):

W przypadku uczestników, którzy są rekrutowani jako zdrowi kontrole, zostanie podany SCID-5-RV w celu ustalenia, czy uczestnik nie ma obecnie ani w przeszłości żadnych zaburzeń psychicznych. W przypadku uczestników, którzy zostali zrekrutowani jako osoby z MDD, zostanie podany SCID-5-RV w celu ustalenia, czy uczestnik spełnia kryteria aktualnej diagnozy MDD. Osoby niespełniające wyżej opisanych kryteriów zostaną wykluczone z dalszego postępowania badawczego.

Wizyta 2 (do 1 godziny):

Uczestnicy wypełnią kwestionariusze oceniające objawy depresyjne, lęk, uważność i ruminacje.

Po wypełnieniu kwestionariuszy uczestnicy przećwiczą zadanie poznawcze, które będą wykonywać w skanerze MRI. Uczestnicy wykonają zadanie autoatrybucji (Ghaznavi, Chou, Dougherty i Nierenberg, 2023). Uczestnicy zobaczą serię przymiotników cech i zostaną poproszeni o dokonanie oceny, czy ta cecha osobowości dotyczy ich (tj. nacisnąć przycisk wskazujący „Ja” lub „Nie ja”). To zadanie zostało wykorzystane przez nasze laboratorium do oceny funkcji poznawczych i aktywacji DMN w chorobie afektywnej dwubiegunowej.

Po wykonaniu praktycznego zadania komputerowego uczestnicy wypełnią formularz bezpieczeństwa badań przesiewowych MR. Po potwierdzeniu, że uczestnik nie ma przeciwwskazań do rezonansu magnetycznego, zostanie on przeskanowany przy użyciu skanera MRI firmy Siemens o mocy 3 tesli w Centrum Obrazowania Biomedycznego Athinoula A. Martinos. Na początku będziemy gromadzić skan strukturalny T1 MEMPRAGE, skan stanu spoczynku zależny od poziomu tlenu we krwi (BOLD), skan z oznakowaniem wirowania tętniczego (ASL) oraz funkcjonalny skan MRI BOLD sparowany z zadaniem (opisanym powyżej). Następnie uczestnicy wyjdą ze skanera MRI i zostaną poproszeni o retrospektywne zgłoszenie swoich myśli wędrujących po umyśle podczas zadania. Podczas tej wizyty uczestnicy nie otrzymają LIFUP.

Wizyty 3 i 4 (każda do 3,5 godziny; w odstępie 1 tygodnia):

Podczas Wizyt 3 i 4 uczestnicy wypełnią te same kwestionariusze (opisane w Wizycie 2). Aby ocenić subiektywne doświadczenie LIFUP i jego wpływ na nastrój, uczestnicy ocenią swój negatywny i pozytywny nastrój na wizualnych skalach analogowych, a także wypełnią 11-czynnikowy kwestionariusz odmiennych stanów świadomości (ASC) po LIFUP.

Uczestnicy zostaną ponownie przeskanowani tymi samymi sekwencjami MRI i wykonają to samo zadanie komputerowe opisane w Wizycie 2, przed i po LIFUP.

Sonikacja LIFUP:

Uczestnicy zostaną wyposażeni w urządzenie LIFUP BX Pulsar 1002 (BrainSonix Corporation). Przetwornik zostanie umieszczony na głowie za pomocą punktów orientacyjnych i będzie skierowany na klaster w PCC, który został aktywowany podczas zadania komputerowego podczas wizyty 2. Następnie uczestnicy otrzymają aktywną lub pozorowaną modulację w dół (częstotliwość powtarzania impulsów = 10 Hz, impuls -Szerokość = 0,5 ms, cykl pracy = 5%, ISPPA = 14,4 mW/cm2, 720 mW/cm2). Kolejność zostanie zrównoważona między przedmiotami. Sonikacja zostanie dostarczona w 30-sekundowym włączeniu, 30-sekundowym wyłączeniu bloku, przez całkowity czas 10 minut. Używamy tych samych parametrów LIFUP w innych zatwierdzonych przez IRB badaniach LIFUP (protokół IRB nr 2019P000562 i protokół IRB nr 2019P001458) i parametry te zostały bezpiecznie wykorzystane w innych ośrodkach badawczych na UCLA i MUSC. W przypadku pozorowanej sonikacji wraz z przetwornikiem zostanie użyta podkładka żelowa pochłaniająca ultradźwięki, aby ultradźwięki nie przedostały się przez czaszkę do mózgu. Do sonikacji aktywnej wraz z przetwornikiem zostanie użyta podkładka żelowa umożliwiająca transmisję fal ultradźwiękowych. Te podkładki żelowe wyglądają identycznie; to badanie będzie podwójnie ślepe, w którym personel badawczy nie będzie wiedział, która podkładka żelowa odpowiada aktywnemu lub pozorowanemu LIFUP.

Wizyta 5 (do 1 godziny; odstęp 1 tydzień po Wizycie 4):

Podczas tej wizyty uczestnicy wypełnią te same kwestionariusze (opisane w Wizycie 2).

Analiza biostatystyczna:

Dane fMRI podczas zadania będą analizowane przy użyciu oprogramowania SPM12 (Wellcome Department of Cognitive Neurology, London, UK). Indywidualne dane na poziomie podmiotu będą korygowane w czasie, ponownie wyrównane i niezniekształcone, współrejestrowane z obrazami strukturalnymi danej osoby, znormalizowane i wygładzone. W przypadku celowania LIFUP zostaną utworzone obrazy kontrastowe pierwszego poziomu w celu zidentyfikowania aktywacji BOLD w PCC podczas samooceny. Aby zbadać efekty LIFUP, zostaną utworzone kontrastowe obrazy pierwszego poziomu porównujące aktywację BOLD podczas zadania przed i po LIFUP. Te kontrastowe obrazy zostaną następnie wprowadzone do elastycznego modelu czynnikowego efektów losowych drugiego poziomu. Zbadamy, czy istnieje grupowa (MDD kontra zdrowa kontrola) według warunku (pozorowana vs. aktywna modulacja) interakcja na aktywację BOLD w regionach DMN. Wartości sygnału beta zostaną wyodrębnione z regionów DMN i zbadamy, czy istnieją znaczące korelacje między aktywacją DMN a naszymi behawioralnymi pomiarami objawów depresyjnych, niepokoju i uważności/wędrówki umysłu.

Dane skanowania stanu spoczynku BOLD zostaną podobnie wstępnie przetworzone i wprowadzone do zestawu narzędzi CONN. PCC będzie używany jako region początkowy, a wartości beta funkcjonalnej łączności przekształcone przez Fischera z innymi regionami DMN zostaną wyodrębnione dla każdego indywidualnego podmiotu. Zostaną przeprowadzone analizy ANOVA z powtarzanymi pomiarami w celu ponownego zbadania, czy istnieje interakcja grupowa według warunków na łączność funkcjonalną stanu spoczynku DMN. Przeprowadzone zostaną również analizy korelacyjne w celu zbadania korelacji z miarami behawioralnymi.

Dane ASL będą analizowane przy użyciu wnioskowania Bayesa dla MRI znakowania spinów tętniczych. Mapy perfuzji odpowiadające przed i po LIFUP będą odejmowane od siebie w celu określenia, czy występuje zmniejszenie lub zwiększenie perfuzji w regionach DMN związanych z aktywną modulacją.

Zaktualizowana analiza mocy statystycznej z naszego ostatniego badania LIFUP ciała migdałowatego sugeruje, że do osiągnięcia istotności statystycznej (p <0,05) w analizie opartej na wokselach potrzebnych będzie 40 uczestników. Aby zwiększyć naszą moc statystyczną do porównywania dwóch grup, zrekrutujemy 40 uczestników w każdej grupie (łącznie n = 80).