Wpływ dożylnego (IV) chlorowodorku citalopramu podczas przezczaszkowej stymulacji magnetycznej w dużym zaburzeniu depresyjnym (MDD)

Powtarzalna przezczaszkowa stymulacja magnetyczna (rTMS) jest coraz powszechniejszym sposobem leczenia dużej depresji (MDD). Wydaje się, że rTMS zastosowany do grzbietowo-bocznej kory przedczołowej (DLPFC), najczęstszy cel leczenia, zmienia pobudliwość neuronów w tym regionie. rTMS zmienia również funkcję obwodów mózgowych podłączonych do DLPFC. Ta aplikacja proponuje innowacyjne podejście do wyjaśnienia mechanizmu działania (MOA) leżącego u podstaw tych zmian w obwodzie, wykorzystując MDD jako znaczący model translacyjny.

Jedna forma rTMS, stymulacja wybuchem theta (TBS), ma szczególnie silny wpływ na pobudliwość korową: przerywane pulsowanie nad lewym DLPFC (iTBS) zwiększa pobudliwość, podczas gdy ciągłe pulsowanie nad prawym DLPFC (cTBS) zmniejsza pobudliwość. TBS zastosowany do DLPFC zmienia funkcjonalną łączność z przednim zakrętem obręczy, przyśrodkową korą czołową i oczodołowo-czołową (ACC, MFC i OFC); jednak MOA leżące u podstaw tych zmian w łączności nie jest w pełni zrozumiałe. Zostaną uzyskane dane pilotażowe do większego wniosku o grant, który przetestuje hipotezę, że zmiany w lokalnej pobudliwości leżą u podstaw zmian w funkcjonalnej łączności i skuteczności terapeutycznej TBS w przypadku MDD.

Modulacja TBS pobudliwości korowej może być z kolei modulowana przez układ neuroprzekaźników serotoninergicznych (5HT), który jest również kluczowym celem klasycznych leków przeciwdepresyjnych. Badacze wykorzystają inhibitor transportu 5HT citalopram (CIT), szeroko stosowany kliniczny środek przeciwdepresyjny, do zbadania serotonergicznej modulacji połączeń funkcjonalnych i neurofizjologicznych pomiarów pobudliwości.

Dożylny chlorowodorek citalopramu jest dostępny na receptę dla pacjentów z oporną na leczenie dużą depresją i zaburzeniami lękowymi w większości krajów Europy kontynentalnej od ponad 30 lat. W Stanach Zjednoczonych był szeroko stosowany jako lek eksperymentalny do badania neurochemii człowieka oraz w badaniach klinicznych dotyczących zaburzeń depresyjnych. IND z University of Pittsburgh bezpiecznie wykorzystywał ten związek jako narzędzie badawcze przez ponad 10 lat (Smith i in., 2009).

To podwójnie zaślepione badanie obejmie 30 osób, u których zdiagnozowano duże zaburzenie depresyjne (MDD). Pacjenci zostaną losowo przydzieleni do grupy otrzymującej dożylnie (pojedynczą dawkę) citalopramu (CIT) w dawce 40 mg lub placebo, z przeciwwagą i w połączeniu z jedną z dwóch form nieślepej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej, tj. albo przerywaną stymulacją Theta Burst, albo ciągłą stymulacją Theta Burst. Oceny do tego badania obejmują skany mózgu, zapisy qEEG oraz skale poznawcze i nastroju. Jeden wlew citalopramu/placebo i 10 dawek TBS zostanie podanych w ciągu około dwóch tygodni.

Trzydziestu pacjentów w wieku od 21 do 55 lat z rozpoznaniem MDD DSM-V zostanie włączonych do dwutygodniowego badania dotyczącego leczenia. Po wstępnej ocenie diagnostycznej wszyscy uczestnicy zostaną poddani wstępnej ocenie funkcjonalnej łączności mózgu (qEEG i fMRI) oraz łączności strukturalnej (DTI). Następnie zostaną losowo przydzieleni w stosunku 1:1 do leczenia dożylną dawką CIT lub placebo (PBO), a następnie losowo przydzieleni w stosunku 1:1 do dwóch tygodni (10 sesji) leczenia iTBS po lewej stronie lub cTBS po prawej stronie DLPFC (cztery warunki leczenia). Pierwszorzędowym punktem końcowym będzie koniec 2. tygodnia.

qEEG o dużej gęstości będzie rejestrowane podczas początkowej sesji leczenia CIT-TBS przy użyciu qEEG zgodnego z TMS. Nagrania te zostaną wykorzystane do oceny zmian pobudliwości przy leczeniu CIT/PBO i iTBS/cTBS (tj. wywołana przez TMS lokalna średnia moc pola lub LMFP). Badacze ustalą, czy zmiany pobudliwości korowej w DLPFC są modulowane przez neuroprzekaźnictwo 5HT.

Następnie zbadane zostaną zmiany neuroplastyczności w obwodach limbicznych z udziałem DLPFC, od wartości wyjściowych przed leczeniem do stanu po pierwszym leczeniu oraz od wartości wyjściowych do pierwotnego punktu końcowego, przy użyciu miar łączności funkcjonalnej. qEEG posłuży do pomiaru zmian synchronizacji sygnału i przepływu informacji (m.in. opóźniona koherencja, przyczynowość Grangera), a także lokalizacji i rozrzutu źródeł prądowych (lokalizacja źródła LORETA). fMRI posłuży do zbadania funkcji sieci w stanie spoczynku (sygnał BOLD). Badacze sprawdzą, czy zmiany pobudliwości mierzone podczas pierwszego zabiegu są skorelowane ze zmianami w łączności z pierwszym zabiegiem, jak również w całym cyklu leczenia. Korelacja sugerowałaby, że pobudliwość może wywierać efekt metaplastyczny na funkcjonalną łączność w obwodach limbicznych z udziałem DLPFC.

Na koniec badacze zbadają zmianę objawów w głównym punkcie końcowym i określą, czy zmiany pobudliwości i łączności korelują z poprawą objawów. Zintegrowane badanie zmian pobudliwości, natychmiastowej i długoterminowej łączności oraz poprawy objawów wyjaśni MOA TBS i może prowadzić do strategii poprawiających wyniki leczenia.

Diagnoza kliniczna i ocena. Trzydziestu pacjentów z diagnozą MDD DSM-V ustaloną za pomocą Mini Międzynarodowego Wywiadu Neuropsychiatrycznego (MINI, wersja 7.0) (http://www.medical-outcomes.com/index/mini7fororganizations) zostanie włączonych, przy czym wszyscy pacjenci będą mieli objawy depresyjne o co najmniej umiarkowanym nasileniu, na co wskazuje 17-itemowa skala oceny depresji Hamiltona [Ham-D17] > 17 (23 poniżej), zostaną zapisani. Pacjenci zostaną poddani ocenie klinicznej przy użyciu metod podobnych do tych stosowanych w naszych poprzednich badaniach leczenia z wykorzystaniem TMS (Leuchter i in., 2015). Pacjenci nie osiągną remisji po co najmniej dwóch wcześniejszych lekach przeciwdepresyjnych (Sackeim i in., 1990; Vasavada i in., 2016) i muszą być wolni od jakichkolwiek leków, o których wiadomo, że znacząco wpływają na funkcjonowanie mózgu, przez co najmniej dziesięć dni przed rekrutacja (z wyjątkiem fluoksetyny, która będzie wymagała pięciotygodniowego wypłukiwania) (Vasavada i in., 2016). Pacjenci zostaną wykluczeni, jeśli spełniają kryteria DSM-V dla jakiegokolwiek innego aktualnego pierwotnego nastroju osi I, zaburzeń lękowych lub psychotycznych, depresji wtórnej do ogólnego stanu zdrowia lub choroby wywołanej substancjami. Osoby badane również zostaną wykluczone, jeśli mają aktualne zamiary lub plany samobójcze, nadużywanie substancji lub uzależnienie w ciągu ostatnich sześciu miesięcy (z wyjątkiem nikotyny i kofeiny), chorobę afektywną dwubiegunową lub zaburzenie psychotyczne (przez całe życie), zaburzenia odżywiania (obecnie lub w przeszłości rok), zaburzenia obsesyjno-kompulsyjne (przez całe życie), zespół stresu pourazowego (PTSD, obecny lub w ciągu ostatniego roku), choroba medyczna lub neurologiczna, która stanowiłaby przeciwwskazanie do przeprowadzenia interwencji badawczych lub skomplikowała interpretację wyników badania, lub mieć wszczepione urządzenie medyczne lub metalu w ich ciele, co stanowiłoby przeciwwskazanie do leczenia MRI lub TMS (Leuchter i in., 2015). Pacjenci również zostaną wykluczeni, jeśli w przeszłości przyjmowali citalopram dożylnie. Kobiety, które są obecnie w ciąży, nie stosują medycznie akceptowalnych środków antykoncepcyjnych lub karmią piersią, zostaną wykluczone. Zostanie przeprowadzony test przesiewowy moczu na obecność narkotyków, a osoby z pozytywnym wynikiem przesiewowym na obecność nielegalnych substancji zostaną wykluczone.

Objawy nastroju zostaną zbadane po pierwszej, drugiej i dziesiątej sesji terapeutycznej przy użyciu kwestionariusza Global Impressions-Severity of Illness (CGI-S) and Improvement (CGI-I) klinicysty (Cohen i in., 2014). Inventory of Depressive Symptomatology-Self Report (IDS-SR) (Connolly i in., 2012), z objawami myśli samobójczych ocenianymi za pomocą skali Columbia-Severity Rating Scale (C-SSRS) (Cornwell i in., 2012). Oceny w momencie rozpoczęcia i zakończenia badania będą obejmować ocenę objawów za pomocą Ham-D17 oraz ocenę jakości życia i stanu funkcjonalnego za pomocą Inwentarza Jakości Życia (QOLI) (Dandash i in., 2015). Odpowiedź na leczenie w pierwszorzędowym punkcie końcowym definiuje się jako poprawę o 50% lub większą od wartości wyjściowej w skali Ham-D17 i remisję jako końcowy wynik w skali Ham-D17 < 7.

Procedury lecznicze Citalopram (CIT) i placebo (PBO) we wlewie. CIT i sól fizjologiczna PBO będą podawane dożylnie z wykorzystaniem ustalonych procedur klinicznych. Pojedyncza dawka 40 mg citalopramu w 60 cm3 normalnej soli fizjologicznej lub PBO soli fizjologicznej zostanie podana dożylnie w warunkach podwójnie ślepej próby za pomocą pompy przez okres 40 minut. Krew zostanie pobrana na zakończenie infuzji w celu pobrania próbki osocza na poziomy CIT. Pacjenci będą pościć po północy lub przez co najmniej 8 godzin przed poddaniem się infuzji. Monitorowanie funkcji życiowych będzie obejmować pomiar ciśnienia krwi, pulsoksymetrię i częstość oddechów co 3 minuty oraz ciągły pasek rytmu serca. Zmiana o więcej niż 25% zwiększenie częstości akcji serca lub ciśnienia krwi w stosunku do wartości wyjściowych lub bezwzględne zwiększenie częstości akcji serca powyżej 120 uderzeń na minutę lub skurczowe ciśnienie krwi ≥ 180 mm Hg lub rozkurczowe ciśnienie krwi ≥ 105 mm Hg utrzymujące się przez ponad 2 minuty spowoduje natychmiastowe przerwanie podwójnie ślepej infuzji i ocena możliwości interwencji. Podobnie, spadek wysycenia O2 za pomocą pulsoksymetrii do mniej niż 92% spowoduje ocenę pacjenta, zainicjowanie użycia kaniuli donosowej O2 przy 2 litrach/min lub szybkości niezbędnej do przywrócenia nasycenia O2 do poziomu podstawowego w powietrzu pokojowym lub większym niż 95%. Lekarz prowadzący przeprowadzi infuzję CIT lub PBO, przeprowadzi ocenę pacjenta i pokieruje personelem pielęgniarskim. Monitorowanie stanu psychicznego będzie również miało miejsce podczas podwójnie ślepej infuzji w celu oceny wszelkich niepożądanych skutków behawioralnych lub psychologicznych. Pacjenci zostaną poinstruowani, aby nie prowadzić pojazdów przez maksymalnie 24 godziny po infuzji i będą musieli być przewiezieni do iz UCLA w celu przeprowadzenia procedury.

Przezczaszkowa stymulacja magnetyczna Theta burst (TBS). Stymulacja zostanie przeprowadzona przy użyciu dwufazowego stymulatora Magstim Rapid2 z cewką ósemkową (szerokość 14 cm) i szczytowym natężeniem pola 2 T. Procenty stymulacji są wyrażone jako proporcja maksymalnej mocy wyjściowej stymulatora (MSO) danej jednostki. To urządzenie może generować wzorce stymulacji impulsem theta przy intensywności 45% MSO lub niższej, znacznie mieszczącej się w zakresie indywidualnego progu motorycznego (MT) większości uczestników. Aby określić MT, cewkę należy trzymać przyśrodkowo-bocznie nad obszarem lewej kory ruchowej z uchwytem skierowanym do tyłu i pod kątem 45° od strzałkowej linii środkowej. Technika ta indukuje prąd mniej więcej prostopadle do bruzdy środkowej. Prawy pierwszy mięsień międzykostny grzbietowy (FDI) będzie monitorowany za pomocą elektromiografii powierzchniowej (5000 Hz). Impulsy TMS będą dostarczane w siatce o intensywności ponadprogowej w celu zidentyfikowania lokalizacji, która wytwarza największy, najbardziej spójny ruchowy potencjał wywołany (MEP) zarejestrowany z FDI. Intensywność w tym punkcie aktywnym zostanie następnie obniżona o 1% przy każdej stymulacji. Stymulacja o najniższym natężeniu, która wytwarza międzyszczytowe amplitudy MEP > 100 μV w co najmniej 5 z 10 prób w warunkach delikatnej aktywacji FDI, jest definiowana jako aktywny próg motoryczny (AMT). Następnie intensywność TBS ustawia się na 120% AMT.

TBS składa się z trzech impulsów TMS podanych z częstotliwością 50 Hz, przy czym ta trójka jest powtarzana z częstotliwością 5 Hz (co 200 ms) (Huang i in., 2005). 1800 impulsów cTBS zostanie dostarczonych do prawego DLPFC i taka sama liczba do lewego DLPFC zgodnie z paradygmatem iTBS ciągu 2 s powtarzanego co 10 s. Wykazano, że taka liczba impulsów ma skuteczność przeciwdepresyjną po dwóch tygodniach leczenia (Li i in., 2014). Lewy i prawy DLPFC będą celowane przy użyciu odpowiednio lokalizacji elektrod F3 i F4 EEG. Ta metoda umieszczania magnesu ma ścisły związek z umieszczaniem magnesu na radiograficznie określonych obszarach Broadmanna (BA) w DLPFC (tj. BA46) (Ahdab i in., 2010; Fitzgerald i in., 2009). To podejście, szeroko stosowane w praktyce klinicznej, pozwoli nam łatwo odnieść wyniki tego projektu do zastosowań klinicznych. Badacze uznają, że ta probabilistyczna metoda definiowania DLPFC może skutkować pewną zmiennością rozmieszczenia magnesów w stosunku do podstawowej neuroanatomii. Jednak biorąc pod uwagę międzyosobniczą zmienność anatomii sulcal i gyral, może nie być możliwe wiarygodne zidentyfikowanie konkretnego BA u wszystkich pacjentów i nie ma „złotego standardu” metody standaryzacji celowania neuroanatomicznego u różnych pacjentów. Badacze będą mieli zdigitalizowane lokalizacje elektrod powierzchniowych wszystkich pacjentów, a lokalizacje te zostaną połączone ze strukturalnymi obrazami MRI uzyskanymi od każdego pacjenta na początku badania i po 10. zabiegu iTBS. Umożliwi nam to wykorzystanie danych dotyczących rozmieszczenia cewek neuroanatomicznych jako współzmiennej post-hoc w analizach danych (patrz integracja obrazu MRI-EEG poniżej).

Rejestracja i analiza neurofizjologiczna. zapis EEG. Dane będą rejestrowane przy użyciu systemu EEG „eego mylab” kompatybilnego z TMS przy częstotliwości próbkowania 1000 Hz (Advanced Neuro Technology [ANT]; Enschede, Holandia). Elektrody będą aplikowane przy użyciu 64-elektrodowego systemu „WaveGuard” ze spiekanymi elektrodami Ag/AgCl osadzonymi w elastycznej nasadce i ustawionymi zgodnie z rozszerzonym systemem 10-20. Materiał i kształt elektrod zapobiega powstawaniu pętli prądowych, został zaprojektowany z myślą o minimalnych przesunięciach DC i optymalnej stabilności sygnału wejściowego podczas TMS. Nasadka wykorzystuje aktywne ekranowanie każdego przewodu w celu ograniczenia zakłóceń elektrycznych. Dane są rejestrowane przy użyciu pełnopasmowych wzmacniaczy EEG DC, które powracają do fizjologicznego poziomu podstawowego sygnału w ciągu 10 ms po zakończeniu impulsu TMS. Podczas akwizycji danych nie będą stosowane filtry, a rejestracja będzie prowadzona przy użyciu wspólnego średniego odniesienia o impedancji utrzymywanej poniżej 5 kΩ. EOG będzie rejestrowany poprzez umieszczenie dwóch elektrod powyżej i poniżej lewego oka. EEG będzie przetwarzane off-line w BrainVisionAnalyzer2 (BVA2) (BrainProducts GmbH; Gilching, Niemcy) z cyfrowym filtrem pasmowoprzepustowym (przesunięcie fazy zerowej Butterwortha, 0,5-70 Hz, 12 dB/okt; plus wycięcie 60 Hz) przed segmentacja na 2-sekundowe epoki (100 ms okresu przed bodźcem), detrending i korekta linii bazowej. Dane będą początkowo przetwarzane przy użyciu opisanych wcześniej półautomatycznych metod odrzucania artefaktów, w tym gradientu skokowego napięcia międzyszczytowego ±100 μV lub utrzymującej się niskiej aktywności (Leuchter i in., 2012), a następnie kontrola wizualna przez dwóch niezależnych techników w celu wyeliminowania danych zanieczyszczone artefaktami ruchu mięśni, głowy lub gałek ocznych. Adaptive Mixture ICA (AMICA) zostanie również wykorzystana do oddzielenia procesów źródłowych innych niż mózg, w tym mrugnięć i sakad, mięśni skóry głowy, artefaktów elektrokardiograficznych i szumów liniowych, zwiększając stosunek sygnału do szumu (artefakt) i zwiększając niezawodność wysokich częstotliwości analizy częstotliwości (beta i gamma), a także lokalizację źródła w mózgu (Bigdely-Shamlo i in., 2013; Delorme i in., 2011).

Miary pobudliwości. Pobudliwość będzie mierzona przy użyciu metod Lokalnej Średniej Mocy Pola (LMFP) i Globalnej Średniej Mocy Pola (GMFP). Amplituda napięcia oscylacyjnego jest głównym pomiarem, który bezpośrednio odzwierciedla pobudliwość korową, dlatego zmiany mocy pola EEG są wykorzystywane jako główny wskaźnik zmian pobudliwości. LMFP może służyć jako miara pobudliwości w miejscu stymulacji TMS w dowolnym regionie kory mózgowej; GMFP jest miarą globalnej pobudliwości, która została wykorzystana do zbadania szeregu nieinwazyjnych terapii neuromodulacyjnych (Casarotto i in., 2013; Chung i in., 2015; Huber i in., 2008; Pellicciari i in., 2013; Romero Lauro i in., 2014). Po podaniu lokalnego bodźca ogniskowa zmiana pobudliwości może wywołać zmianę globalną; w rezultacie GMFP można wykorzystać do interpretacji LMFP i określenia, czy lokalna zmiana pobudliwości pozostaje ogniskowa, czy też staje się częścią globalnej zmiany pobudliwości. W celu określenia pobudliwości, pojedyncze impulsy TMS zostaną dostarczone do lewego lub prawego DLPFC (lokalizacja elektrody F3 lub F4, pokrywająca się z miejscem leczenia) 10 minut przed i po sesjach terapeutycznych. Biorąc pod uwagę liczbę impulsów TBS dostarczonych w protokole, można oczekiwać, że zmiany pobudliwości pozostaną stabilne przez co najmniej jedną godzinę po leczeniu TBS (Huang i in., 2005). Impulsy będą podawane z częstotliwością 0,25 Hz, tak aby były na tyle rzadkie, aby nie wpływały na pobudliwość. Podczas określania pobudliwości badani będą nosić zatyczki do uszu i odtwarzany będzie dźwięk maskujący w celu odtworzenia „kliknięcia” TMS w składowych częstotliwości zmieniających się w czasie w celu stłumienia wywołanych potencjałów słuchowych. TEP zostaną obliczone poprzez uśrednienie ważnych, wolnych od artefaktów pojedynczych prób, filtrowanie między 2 a 40 Hz oraz wykonanie korekcji linii bazowej przed i po impulsie TMS. LMFP zostanie obliczony z amplitud TEP uśrednionych z F3 lub F4 i ich odpowiednich czterech otaczających elektrod, podczas gdy GMFP zostanie obliczony ze wszystkich 64 elektrod. GMFP i LMFP zostaną obliczone w oknach czasowych 30 ms następujących po impulsie TMS w zakresie od końca impulsu do 400 ms (tj. 0-30 ms, 30-60 ms, 60-90 ms itd.), można wykryć późniejsze zmiany pobudliwości. Wczesne punkty czasowe (<90 ms) zostaną wykorzystane do oceny LMFP, a późniejsze punkty czasowe zostaną wykorzystane do oceny GMFP i rozprzestrzenienia zmienionej pobudliwości na inne obszary korowe.

Regionalne miary aktywności neurofizjologicznej. Gęstość źródła prądu (CSD) w strukturach istoty szarej zostanie obliczona przy użyciu metody eLORETA (dokładna tomografia elektromagnetyczna mózgu o niskiej rozdzielczości) (http://www.uzh.ch/keyinst/loreta.htm) (Lehmann i in., 2014). eLORETA oblicza lokalną aktywność neurofizjologiczną (gęstość źródła prądu lub CSD) jako liniową ważoną sumę potencjałów elektrycznych skóry głowy. Pomiary CSD za pomocą eLORETA zostały potwierdzone jako korowe źródła aktywności neurofizjologicznej i eliminują niejednoznaczność lokalizacji źródła i zależności od odniesienia, które są nieodłącznie związane z pomiarami EEG skóry głowy (Lehmann i in., 2014; Pascual-Marqui i in., 2011 ). Metoda identyfikuje najbardziej płynny rozkład źródeł w trzypowłokowym modelu kulistej głowy, składającym się z CSD w każdym z 6239 wokseli korowych (plus hipokamp i ciało migdałowate) (rozdzielczość przestrzenna 5 mm) w przestrzeni Montreal Neurological Institute (MNI) ze współrzędnymi elektrod przypisane zgodnie z rejestracją krzyżową między sferyczną i realistyczną geometrią głowy (Towle i in., 1993). Zgłoszone obszary Brodmanna wykorzystują przestrzeń MNI skorygowaną tak, aby pokrywała się z przestrzenią Talairach (Brett i in., 2002). Regiony zainteresowania (ROI) zostaną utworzone dla podregionów ACC, OFC, hipokampa, wyspy i innych korowych ROI w układzie limbicznym w oparciu o naszą wcześniejszą pracę i szerszą literaturę (Arns i in., 2015; Korb i in. , 2008; Korb i in., 2009; Korb i in., 2011; Whitton i in., 2016).

Środki łączności neurofizjologicznej. Badacze wykorzystają jeden podstawowy pomiar neurofizjologiczny i kilka technik uzupełniających jako pomiary wtórne (eksploracyjne) w celu zbadania stanu wyjściowego i zmian w łączności neurofizjologicznej. Nasza podstawowa miara łączności oparta na danych CSD zostanie zbadana przy użyciu „opóźnionej” spójności (pomijając zerowy kąt fazowy) w oparciu o techniki modelowania źródła wewnątrzkorowego (Lehmann i in., 2014; Pasi i in., 1989). Badacze zidentyfikują korowe ROI w PFC, hipokampie i ciele migdałowatym na podstawie BA i podkorowych atlasów probabilistycznych i zastosują opcję eLORETA „wszystkie najbliższe woksele” do przypisanych wokseli do ROI. Badacze wykorzystają ROI zidentyfikowane przez eLORETA jako wykazujące wysoką aktywność do zaszczepienia analiz łączności; Badacze przewidują, że głównymi obszarami zainteresowania będą te z silnymi powiązaniami z DLPFC w układzie limbicznym, w tym OFC, MFC, ACC, hipokamp i wyspa. Opóźniona koherencja reprezentuje jeden z dwóch głównych składników łączności neurofizjologicznej: natychmiastową i opóźnioną. Opóźniony składnik jest pośredniczony przez fizjologiczne opóźnienia czasowe, przy czym natychmiastowy wkład w łączność jest wyeliminowany. Ta metoda selektywnie zachowuje łączność ze względu na procesy fizjologiczne (dla dowolnego niezerowego, mierzalnego opóźnienia czasowego), które nie są zakłócane przez niską rozdzielczość i efekty przewodnictwa objętościowego (Lehmann i in., 2014).

Wtórne środki będą również badać łączność i sprzężenie częstotliwościowe w przestrzeni elektrodowej za pomocą zestawu narzędzi do przepływu informacji o źródle (SIFT) (Delorme i in., 2011). Ta metoda wykorzystuje zmienne w czasie (adaptacyjne) wielowymiarowe modelowanie autoregresyjne do wykrywania i pomiaru fluktuacji efektywnej łączności między źródłami aktywności neuronów. metoda ta jest uzupełnieniem metody opóźnionej koherencji w wykorzystaniu zaawansowanych wielowymiarowych miar ukierunkowanego przepływu informacji (np. modelowanie przyczynowości Grangera i modelowanie ukierunkowanej funkcji transferu). Funkcje SIFT zostaną wykorzystane do zbadania zmian w efektywnej łączności między różnymi warunkami eksperymentalnymi i między grupami terapeutycznymi, przy użyciu technik ładowania początkowego/ponownego próbkowania w celu skorygowania wielokrotnych porównań. „Projekcja sieciowa”, która jest rozszerzeniem projekcji miarowej (Bigdely-Shamlo i in., 2013), zostanie przeprowadzona przy użyciu łączności parami do pomiaru danych wejściowych, która jest obliczana przez rozmycie lokalizacji dipoli i załadowanie ich miarami łączności. Przestrzeń mózgowa zostanie następnie podzielona na 88 predefiniowanych anatomicznych ROI dostarczonych przez automatyczne etykietowanie anatomiczne (AAL) uzyskane z WFU Pick Atlas (który jest wtyczką SPM). W tym momencie wszyscy badani mają macierz wartości łączności 88x88, zatem każdy podmiot ma 7744 (88x88=7744) możliwych kombinacji ukierunkowanych przepływów przyczynowych. Różnice warunków diagnostycznych zostaną obliczone, a statystyki ładowania początkowego zostaną wykonane dla każdego warunku w celu kontroli błędu typu 1.

Skanowanie i analizy MRI. Strukturalne i czynnościowe MRI, w tym DTI, zostaną uzyskane przy użyciu wyłącznie głowicowego skanera Siemens Prisma-FIT 3 Tesla w UCLA Ahmanson-Lovelace Brain Mapping Center. Ten skaner jest najnowszym produktem firmy Siemens 3T wzorowanym na wykonanym na zamówienie systemie Skyra, pierwotnie opracowanym dla projektu Human Connectome Project (HCP). Badacze wykorzystają zoptymalizowane protokoły HCP (http://www.humanconnectome.org/), aby zapewnić gromadzenie i przetwarzanie danych dotyczących łączności przy użyciu najnowocześniejszych metod, które będą interpretowane w kontekście innych prowadzonych przez NIH badania. Całkowity czas skanowania wyniesie około godziny.

Strukturalny MRI (sMRI). Uzyskany zostanie skan strukturalny całego mózgu w celu rejestracji z danymi EEG i oceny morfologii (MPRAGE, TR=2300 ms, TE=3 ms, FOV=256 mm, 208 warstw, 0,8 x 0,8 x 0,8 mm wokseli). Standaryzowane protokoły HCP sMRI obejmują skany 3D T1- i T2-ważone (T1w i T2w) w wysokiej rozdzielczości. Analizowane razem sekwencje te poprawiają zautomatyzowaną ekstrakcję cech mózgu, chociaż zarówno skany T1, jak i T2 można również badać osobno.

MRI tensora dyfuzji (DTI). Akwizycja danych DTI zostanie wykorzystana do pomiaru połączeń strukturalnych istoty białej. DTI zostanie uzyskany z dwoma gradientami ważonymi dyfuzją b=0 i 1000 s/mm2 w 98 prostopadłych kierunkach (TE = 89,2 ms, TR = 3222 ms, FOV = 210 mm, 92 warstwy, woksele 1,5 x 1,5 x 1,5 mm). HCP wykorzystuje również technologię HARDI (High Angular Resolution Diffusion Imaging), która zapewnia większą precyzję mapowania kierunku włókien w obszarach, w których włókna się krzyżują, i umożliwia traktografię probabilistyczną w celu oszacowania trajektorii włókien na podstawie ROI zdefiniowanych za pomocą innych metod obrazowania (sMRI, fMRI lub EEG). Te same protokoły akwizycji zostaną użyte w tym projekcie.

fMRI w stanie spoczynku (fMRI). fMRI zostanie wykorzystany do scharakteryzowania funkcji sieci w stanie spoczynku w sposób komplementarny do EEG. Badacze zastosują sekwencję echa planarną (72 przekroje osiowe na objętość, macierz 104×90 [2,0×2,0×2,0 mm3], FOV=208mm, TE=33,1ms, TR = 720 ms, FA = 52°, 420 objętości) do pomiaru sygnałów BOLD w stanie spoczynku. Wielopasmowa sekwencja EPI HCP fMRI oferuje doskonałą rozdzielczość przestrzenną i czasową oraz zawiera kodowanie fazy przednio-tylnej i tylno-przedniej w celu skorygowania zniekształceń anatomicznych.

Przetwarzanie obrazu MRI. Badacze zainstalowali już potok HCP opracowany przez grupę Washington University i przetworzyli zgodne z HCP dane zebrane na UCLA za pomocą tego potoku, uzyskując wysokiej jakości segmentację tkanek na T1w MRI, traktografię istoty białej przy użyciu HARDI i spoczynkowe sieci mózgowe oparte na fMRI. Każdy rurociąg jest opisany osobno poniżej.

Strukturalny MRI. Trzy potoki HCP są stosowane do danych sMRI (T1w i T2w). Rurociąg PreFreeSurfer rejestruje obrazy T1w i T2w, przeprowadza korekcję pola polaryzacji i normalizuje te obrazy do przestrzeni MNI. Rurociąg FreeSurfer odtwarza rurociąg rekonwalescencji FreeSurfer, który segmentuje tkanki, rekonstruuje powierzchnie korowe i wyrównuje obrazy do standardowych atlasów objętości i powierzchni.

DTI. Potok Diffusion Preprocessing wykonuje standardowe etapy przetwarzania wstępnego przy użyciu FSL, w tym wyrównuje intensywność b0 w różnych seriach, usuwa zniekształcenia EPI i prądy wirowe, koryguje nieliniowości ruchu i gradientu oraz rejestruje obrazy T1w. Badacze wykonują przetwarzanie końcowe za pomocą BrainSuite i jego BrainSuite Diffusion Pipeline (BDP) (http://brainsuite.org), co pozwala nam obliczyć deterministyczną traktografię przy użyciu danych ODF do generowania dróg dyfuzji całego mózgu. Następnie badacze obliczą średnią anizotropię ułamkową (FA), średnią dyfuzyjność (MD), dyfuzyjność radialną (RD) i liczbę dróg wzdłuż ścieżek istoty białej łączących anatomiczne ROI (specyficzne obwody związane z depresją, w tym drogi pochodzące z subgenualny ACC i DLPFC).

Stan spoczynku fMRI. Protokoły wstępnego przetwarzania danych funkcjonalnych obejmują dwa potoki. Pierwszy, fMRIVolume, koryguje obrazy pod kątem zniekształceń przestrzennych i ruchu, rejestruje obrazy T1w, koryguje ruch obiektu, wśród innych standardowych kroków. Rurociąg fMRISurface dopasowuje dane wyjściowe fMRIVolume do powierzchni korowych, w tym mapowanie na system „współrzędnych szarych”, aby ułatwić porównywanie i analizy między podmiotami. Badacze przeprowadzają przetwarzanie fMRI w stanie spoczynku przy użyciu nowej metody, która jest wrażliwa na różnice przestrzenne między badanymi. Do teoretycznej analizy grafów sieci mózgowych badacze wykorzystają jako węzły niezależne komponenty obliczone przez ICA, jak również strukturalne ROI oparte na atlasie Destrieux, a relacje połączeń między każdą parą komponentów zostaną ocenione za pomocą analizy korelacji częściowych. Sieci mózgowe zostaną scharakteryzowane za pomocą parametrów sieciowych obliczonych z ich macierzy sąsiedztwa w celu ilościowego opisania topologii sieci, w tym 1) stopnia węzła, rozkładu stopni i różnorodności; 2) współczynnik grupowania i motywy; 3) długość trasy i wydajność; 4) gęstość lub koszt połączeń; 5) koncentratory, centralność i solidność; oraz 5) modułowość.

Integracja obrazu MRI-EEG. Aby zidentyfikować położenie elektrody F3 skóry głowy, w której TBS jest dostarczany do przestrzeni MRI, a także w pełni zintegrować zestawy danych EEG i MRI, badacze wykorzystają system digitalizatora elektrod Advanced Neuro Technology Xensor 3D (ANT Neuro ; Enschede, Holandia). System ten wykorzystuje różdżkę digitalizującą ze znacznikami odblaskowymi i kamerę na podczerwień do identyfikacji lokalizacji 3D wszystkich 64 elektrod EEG i trzech głównych punktów odniesienia (nazja, lewy i prawy punkt przeduszny) dla każdego uczestnika w czasie krótszym niż 10 minut. Zdigitalizowane lokalizacje 3D są następnie wspólnie rejestrowane w szablonie mózgu Montreal Neurological Institute (MNI-Colin27) (Montreal Neurological Institute, Montreal, Kanada. Adres URL www.bic.mni.mcgill.ca/brainweb). Lokalizacje elektrod można wykorzystać w systemie neuronawigacji Visor 2.0 (ANT Neuro; Enschede, Holandia) do wizualizacji celu stymulacji i powiązanego miejsca na skórze głowy, które było faktycznie używane podczas TBS u każdej osoby. Po załadowaniu nieprzetworzonych obrazów MRI każdego pacjenta do oprogramowania Visor, za pomocą współrzędnych MNI można zidentyfikować związek miejsca stymulacji F3 z celem DLPFC, jak również każdą pojedynczą elektrodę z podstawową neuroanatomią.