对重复经颅磁刺激 (rTMS) 治疗重度抑郁症的反应的功能性脑成像研究

一、背景和意义（包括进展报告和初步研究）。

1. 历史背景

   重复经颅磁模拟 (rTMS) 已广泛用于治疗重度抑郁症患者 [1]。 但是，其功效各不相同。 为了建立更有效和个性化的治疗，以及节省成本和时间，需要能够量化、客观评估甚至预测 rTMS 治疗对每位患者的疗效的生物标志物。 TMS 是一种非侵入性技术，通过使用外部施加的磁场在皮质表面感应电流来刺激大脑，而不会引起疼痛。 rTMS 用于治疗抑郁症已有近 20 年的历史，FDA 最近于 2007 年批准使用 rTMS 进行治疗。

2. 先前的临床前或临床研究导致并支持拟议的研究

   尽管 rTMS 具有潜力，但它也有一些局限性，例如有效性的变化率 [1, 2]。 它需要持续 4-6 周的每日现场治疗，通常由私人患者资金支付。 因此，需要更加客观准确地评估rTMS的疗效。 重要的是，患者将受益于能够在最初的几个疗程内预测治疗的可能结果（4-6 周）。 因此，研究人员建议通过使用两种成像模式、功能性 MRI (fMRI) 和功能性近红外光谱 (fNIRS) 来研究两种相应的生物标志物。 该项目的成功将导致识别对 rTMS 治疗抑郁症有反应并预测其结果的定量生物标志物。 这将大大改善和个性化未来的抑郁症治疗。

3. 拟议研究背后的基本原理，以及对患者和/或社会的潜在益处

与主要关注孤立大脑区域的功能激活研究不同，功能连接研究量化了功能相关大脑区域之间的动态相互作用。 这可能与重度抑郁症等复杂的精神疾病更相关。 静息状态 (RS) 网络活动反映了没有任务时的内在大脑功能。 它显示出与任务诱导活动模式的显着重叠 [3]。 使用 RS fMRI 研究精神疾病对大脑的影响的主要好处是它评估大脑状态，而不是对复杂实验任务的反应。 这在研究抑郁症患者时尤为重要，因为这种疾病的标志是缺乏参与任何活动的意愿。 越来越多的证据表明抑郁症患者的非典型 RS 功能网络活动 [2, 4-6]。 在这些网络中，认知控制网络 (CCN) 因其在情绪调节和注意力方面的作用而尤为重要。 因此，CCN 的重要组成部分背外侧前额叶皮层 (DLPFC) 是标准 rTMS 治疗的目标。 因此，了解 rTMS 治疗前后 CCN 的变化至关重要；这可以用作治疗效果的临床标志。

RS fMRI 有利于评估 rTMS 治疗的疗效：它是基于大脑的、客观的并且可能更具体。 fNIRS 是一种无创光学成像工具，可通过完整的颅骨测量皮层的含氧、脱氧和总血红蛋白浓度变化（分别为 Δ[HbO]、Δ[Hb] 和 Δ[tHb]）[7]。 fNIRS 是 rTMS 研究的理想工具，因为：

1. 仪器不受磁场变化的影响
2. 它对受 rTMS 影响最严重的大脑区域最敏感
3. 它具有较宽的时间动态范围（从毫秒到小时），允许测量单个 TMS 脉冲以及整个 rTMS 会话
4. 探头硬件紧凑且适应性强，因此可以在不影响 rTMS 设备放置的情况下进行测量 最近，各种实验室已经证明了 fNIRS 监测 rTMS 对健康受试者的影响的能力 [8, 9]。 在这项研究中，将接受 rTMS 作为抑郁症临床治疗的一部分的患者将接受多达 30 次的监测。 研究人员将重点关注不同疗程的血流动力学反应变化与最终结果之间的相关性，尤其是前几个疗程的血流动力学变化与治疗结果之间的相关性。 这将有助于我们了解 rTMS 血液动力学反应的早期趋势是否可以预测长期有效性。

二。具体目标（研究目标）

A。指定要在研究项目中测试的目标和假设

在此提案中，研究人员将采用两种成像方式来定量评估 rTMS 治疗并建立早期生物标志物以通过探索来预测结果：

1. 一个疗程之前和之后 10 天内的 RS 功能连接（最多 30 次治疗；但是，一个典型的疗程可能是一次治疗，每周 5 次，持续 4-6 周：总共 20 次）使用血液氧水平依赖性功能 MRI (BOLD fMRI)。
2. 使用 fNIRS 在每次治疗期间大脑对 rTMS 的实时血流动力学反应。 许多研究报告称，患有重度抑郁症的受试者的 CCN 中的功能连接性降低 [4-6]。 此外，研究表明 DLPFC 作为 CCN 的主要部分，在抑郁症中表现出相对较低的激活。

为此，我们的具体假设如下：

1. 主要假设：在对 rTMS 有阳性反应的患者中，研究人员将在治疗 4 周后观察到 CCN 脑区之间通过 fMRI 测量的连接强度增加。
2. 次要假设：在 rTMS 期间通过 fNIRS 在 DLPFC 中测量的大脑激活将随着治疗次数的增加而增加。 在治疗开始时检测到这种大脑活动的增加可能是积极治疗结果的标志。