静脉注射 (IV) 盐酸西酞普兰经颅磁刺激对重度抑郁症 (MDD) 的影响

重复经颅磁刺激 (rTMS) 是一种越来越普遍的重度抑郁症 (MDD) 治疗方法。 rTMS 应用于最常见的治疗目标背外侧前额叶皮层 (DLPFC)，似乎会改变该区域的神经元兴奋性。 rTMS 还会改变连接到 DLPFC 的大脑回路的功能。 本申请提出了一种创新方法来阐明这些电路变化背后的作用机制 (MOA)，使用 MDD 作为重要的转化模型。

rTMS 的一种形式，theta 爆发刺激 (TBS)，对皮质兴奋性有特别强烈的影响：左 DLPFC (iTBS) 的间歇性脉冲增加兴奋性，而右 DLPFC (cTBS) 的连续脉冲降低兴奋性。 应用于 DLPFC 的 TBS 改变了与前扣带回、内侧额叶和眶额皮质（ACC、MFC 和 OFC）的功能连接；然而，这些连通性变化背后的 MOA 尚不完全清楚。 将为更大的拨款申请获得试点数据，该申请将检验局部兴奋性变化是功能连接变化和 TBS 治疗 MDD 疗效基础的假设。

TBS 对皮质兴奋性的调节可能会反过来受到血清素 (5HT) 神经递质系统的调节，这也是经典抗抑郁药物的关键目标。 研究人员将使用广泛使用的临床抗抑郁药 5HT 转运抑制剂西酞普兰 (CIT) 来研究功能连接的血清素调节和兴奋性的神经生理学测量。

30 多年来，在欧洲大陆的大部分地区，静脉注射盐酸西酞普兰已可用于难治性重度抑郁症和焦虑症患者的处方。 在美国，它已被广泛用作研究人类神经化学和抑郁症临床试验的研究药物。 匹兹堡大学的一项 IND 已将这种化合物安全地用作研究工具超过 10 年（Smith 等人，2009 年）。

这项双盲研究将招募 30 名被诊断患有重度抑郁症 (MDD) 的受试者。 受试者将被随机分配接受急性（单剂量）西酞普兰 (CIT) 40 mg 静脉注射治疗或安慰剂，平衡并结合两种非盲经颅磁刺激形式之一，即间歇性 Theta 爆发刺激或连续 Theta 爆发刺激。 这项研究的评估包括脑部扫描、qEEG 记录以及认知和情绪量表。 将在大约两周的时间内进行一次西酞普兰/安慰剂输注和 10 次 TBS 治疗。

30 名年龄在 21-55 岁之间、经 DSM-V 诊断为重度抑郁症的受试者将参加为期两周的治疗研究。 在基线诊断评估之后，所有受试者将接受大脑功能连接（qEEG 和 fMRI）和结构连接（DTI）的预处理评估。 然后，他们将以 1:1 的比例随机接受静脉注射 CIT 或安慰剂 (PBO) 的治疗，然后以 1:1 的比例随机分配接受为期两周（10 次）的左 iTBS 治疗或右 DLPFC 的 cTBS 治疗（4 次）治疗条件）。 第 2 周结束将构成主要终点。

高密度 qEEG 将在整个初始 CIT-TBS 治疗过程中使用与 TMS 兼容的 qEEG 进行记录。 这些记录将用于评估 CIT/PBO 和 iTBS/cTBS 治疗（即 TMS 诱发局部平均场功率或 LMFP）的兴奋性变化。 研究人员将确定 DLPFC 皮质兴奋性的变化是否由 5HT 神经传递调节。

接下来，将使用功能连接测量检查涉及 DLPFC 的边缘回路神经可塑性的变化，从治疗前基线到第一次治疗后，以及从基线到主要终点。 qEEG 将用于测量信号同步和信息流的变化（即滞后相干性、格兰杰因果关系），以及电流源的位置和传播（LORETA 源定位）。 fMRI 将用于检查静息状态网络功能（粗体信号）。 研究人员将测试第一次治疗中测量的兴奋性变化是否与第一次治疗以及整个治疗过程中连接性的变化相关。 相关性表明兴奋性可能对涉及 DLPFC 的边缘回路的功能连接产生化生效应。

最后，研究人员将检查主要终点的症状变化，并确定兴奋性和连通性变化是否与症状改善相关。 综合检查兴奋性、即时和长期连接以及症状改善的变化，将阐明 TBS 的 MOA，并可能导致提高治疗结果的策略。

临床诊断和评估。 使用迷你国际神经精神病学访谈（MINI，7.0 版）(http://www.medical-outcomes.com/index/mini7fororganizations) 确定的 DSM-V 诊断为 MDD 的 30 名受试者将被招募，所有受试者都有抑郁症状如 17 项汉密尔顿抑郁量表 [Ham-D17] 评分 > 17（低于 23）所表明的至少中度严重程度的患者将被纳入。 受试者将使用类似于我们之前使用 TMS 进行的治疗研究中采用的方法进行临床评估（Leuchter 等人，2015 年）。 受试者将无法通过至少两种先前的抗抑郁药物进入缓解期（Sackeim 等人，1990 年；Vasavada 等人，2016 年），并且在接受治疗之前至少十天必须没有任何已知会显着影响大脑功能的药物注册（氟西汀除外，需要五周的清除期）（Vasavada 等人，2016 年）。 如果受试者符合 DSM-V 的任何其他当前主要 Axis I 情绪、焦虑或精神障碍、继发于一般医疗状况的抑郁症或物质诱发的疾病的标准，则受试者将被排除在外。 如果受试者目前有自杀意图或计划、过去六个月内有药物滥用或依赖史（尼古丁和咖啡因除外）、双相情感障碍或精神病（终生）、进食障碍（当前或过去），也将被排除在外年）、强迫症（终生）、创伤后应激障碍（PTSD，当前或过去一年内）、医学或神经系统疾病，这些疾病会禁忌研究干预的实施或使研究结果的解释复杂化，或植入医疗设备或身体中的金属会禁忌 MRI 或 TMS 治疗（Leuchter 等人，2015 年）。 如果受试者之前有静脉注射西酞普兰的病史，他们也将被排除在外。 目前怀孕、未使用医学上可接受的节育手段或正在哺乳的妇女将被排除在外。 将进行尿液药物筛查，并排除非法物质筛查呈阳性的受试者。

在第一次、第二次和第 10 次治疗后，将使用临床医生总体印象-疾病严重程度 (CGI-S) 和改善 (CGI-I)（Cohen 等人，2014 年）和受试者评级来检查情绪症状抑郁症状清单 - 自我报告 (IDS-SR)（Connolly 等人，2012 年），使用 Columbia-Suicide Severity Rating Scale (C-SSRS) 评估自杀意念的症状（Cornwell 等人，2012 年）。 进入和退出研究时的评估将包括使用 Ham-D17 进行的症状评级以及使用生活质量量表 (QOLI) 进行的生活质量和功能状态评级（Dandash 等人，2015 年）。 主要终点的治疗反应定义为 Ham-D17 较基线改善 50% 或更大，缓解为最终 Ham-D17 评分 < 7。

治疗程序 西酞普兰 (CIT) 和安慰剂 (PBO) 输注。 CIT 和盐水 PBO 将使用既定的临床程序静脉内给药。 在双盲条件下，将在 40 分钟内通过泵静脉内递送单剂量的西酞普兰 40 mg 在 60 cc 生理盐水或盐水 PBO 中。 将在输注结束时抽血以获得用于 CIT 水平的血浆样本。 受试者将在午夜后禁食或在接受输注前禁食至少 8 小时。 生命体征监测将包括每 3 分钟记录一次血压、脉搏血氧饱和度和呼吸频率，以及连续的心律记录。 心率或血压相对于基线增加超过 25% 或心率绝对增加超过 120 bpm 或收缩压 ≥ 180 mm Hg 或舒张压 ≥ 105 mm Hg 的变化持续超过 2 分钟将提示立即停止双盲输液并评估干预措施。 类似地，通过脉搏血氧仪检测到的 O2 饱和度下降到 92% 以下将提示对受试者进行评估，以 2 升/分钟的速度开始使用鼻插管 O2 或在室内空气中将 O2 饱和度恢复到基线或大于 95% 所需的速率。 医师调查员将管理 CIT 或 PBO 输液，进行受试者评估并指导护理人员。 精神状态监测也将在双盲输液期间进行，以评估任何不利的行为或心理影响。 将指示受试者在输注后最多 24 小时内不要开车，并且需要开车往返加州大学洛杉矶分校进行手术。

Theta 爆裂经颅磁刺激 (TBS)。 将使用带有 8 字形线圈（14 厘米宽）和 2 T 峰值场强的 Magstim Rapid2 双相刺激器进行刺激。 刺激百分比表示为该单个单元的最大刺激器输出 (MSO) 的比例。 该装置可以产生强度为 45% MSO 或以下的 theta-burst 刺激模式，完全在大多数参与者的个体运动阈值 (MT) 范围内。 为了确定 MT，线圈将保持在左侧运动皮层区域的内侧，手柄指向后方，与矢状中线成 45°。 该技术感应出大致垂直于中央沟的电流。 右第一背侧骨间肌 (FDI) 将用表面肌电图 (5000 Hz) 进行监测。 TMS 脉冲将以超阈值强度在网格中传递，以确定产生最大、最一致的电机诱发电位 (MEP) 的位置，这些电位是从 FDI 记录的。 每次刺激都会将此热点的强度降低 1%。 在 FDI 温和激活的条件下，在 10 次试验中至少有 5 次产生峰峰值 MEP 振幅 >100 μV 的最低强度刺激被定义为主动运动阈值 (AMT)。 然后将 TBS 强度设置为 120% AMT。

TBS 由三个频率为 50 Hz 的 TMS 脉冲组成，这个三重脉冲以 5 Hz 的频率重复（每 200 毫秒）（Huang 等人，2005 年）。 1800 个 cTBS 脉冲将传送到右侧 DLPFC，并按照每 10 秒重复 2 秒序列的 iTBS 范例向左侧 DLPFC 传送相同数量的脉冲。 经过两周的治疗后，该脉冲数已被证明具有抗抑郁功效（Li 等人，2014 年）。 左右 DLPFC 将分别使用 F3 和 F4 EEG 电极位置作为目标。 这种放置磁铁的方法与将磁铁放置在 DLPFC 中射线照相定义的 Broadmann 区域 (BA) 上（即 BA46）密切相关（Ahdab 等人，2010 年；Fitzgerald 等人，2009 年）。 这种广泛用于临床实践的方法将使我们能够轻松地将本项目的发现与临床应用联系起来。 研究人员认识到，这种用于定义 DLPFC 的概率方法可能会导致磁体放置相对于基础神经解剖学的一些可变性。 然而，考虑到脑沟和脑回解剖学的个体差异，可能无法在所有受试者中可靠地识别特定的 BA，并且没有“黄金标准”方法来标准化跨受试者的神经解剖学目标。 研究人员将所有受试者的表面电极位置数字化，这些位置将与基线时和第 10 次 iTBS 治疗后从每个受试者获得的结构 MRI 图像融合。 这将使我们能够利用神经解剖线圈放置数据作为数据分析中的事后协变量（参见下面的 MRI-EEG 图像集成）。

神经生理学记录和分析。 脑电图记录。 将使用“eego mylab”兼容 TMS 的 EEG 系统以 1000 Hz 的采样率记录数据（Advanced Neuro Technology [ANT]；荷兰恩斯赫德）。 将使用 64 电极“WaveGuard”系统施加电极，烧结 Ag/AgCl 电极安装在弹性帽中，并根据 Extended 10-20 系统定位。 电极的材料和形状可防止电流环路，旨在实现 TMS 期间输入信号的最小直流偏移和最佳稳定性。 盖子利用每根导线的主动屏蔽来限制电噪声。 使用全波段 EEG 直流放大器记录数据，该放大器在 TMS 脉冲结束后 10 毫秒内返回生理基线信号水平。 在数据采集期间不会应用过滤器，并且将使用阻抗保持在 5 kΩ 以下的公共平均参考执行记录。 EOG 将通过在左眼上方和下方放置两个电极来记录。 脑电图将在 BrainVisionAnalyzer2 (BVA2)（BrainProducts GmbH；Gilching，德国）中使用数字带通滤波器（Butterworth 零相移，0.5-70 Hz，12 dB/oct；加上 60 Hz 陷波）离线处理分割成 2 秒的时期（100 毫秒刺激前时期）、去趋势和基线校正。 数据最初将使用先前描述的半自动伪影抑制方法进行处理，包括 ±100 μV 峰峰值电压阶跃梯度或持续低活性（Leuchter 等人，2012 年），然后由两名独立技术人员进行目视检查以消除数据被肌肉、头部或眼睛运动伪影污染。 Adaptive Mixture ICA (AMICA) 还将用于分离非脑源过程，包括眨眼和眼跳、头皮肌肉、心电图伪影和线路噪声，提高信噪比（伪影）并提高高频可靠性（β 和伽马）频率分析以及脑源定位（Bigdely-Shamlo 等人，2013 年；Delorme 等人，2011 年）。

兴奋性措施。 将使用局部平均场功率 (LMFP) 和全局平均场功率 (GMFP) 方法测量兴奋性。 振荡电压幅度是直接反映皮层兴奋性的主要测量值，因此脑电图场功率的变化被用作兴奋性变化的主要指标。 LMFP 可用作皮质任何区域 TMS 刺激部位兴奋性的量度； GMFP 是一种衡量整体兴奋性的指标，已用于研究许多非侵入性神经调节治疗（Casarotto 等人，2013 年；Chung 等人，2015 年；Huber 等人，2008 年；Pellicciari 等人，2013 年；罗梅罗劳罗等人，2014 年）。 在实施局部刺激后，兴奋性的局部变化可能会引发全局变化；因此，GMFP 可用于解释 LMFP 并确定兴奋性的局部变化是否仍然是焦点，或成为兴奋性全球变化的一部分。 对于兴奋性测定，单个 TMS 脉冲将在治疗前后 10 分钟传送到左侧或右侧 DLPFC（F3 或 F4 电极位置，与治疗部位一致）。 鉴于协议中提供的 TBS 脉冲数量，兴奋性的变化预计在 TBS 治疗后至少一小时内保持稳定（Huang 等人，2005）。 将以 0.25 赫兹的频率给予脉冲，这样脉冲频率足够低，不会影响兴奋性。 在兴奋性测定过程中，受试者将戴上耳塞并播放掩蔽噪声以在时变频率分量中重现 TMS“点击”，以抑制听觉诱发电位。 TEP 将通过平均有效的无伪影单次试验、在 2 和 40 Hz 之间过滤以及在 TMS 脉冲之前和之后执行基线校正来计算。 LMFP 将根据 F3 或 F4 及其各自周围四个电极的平均 TEP 振幅计算，而 GMFP 将根据所有 64 个电极计算。 GMFP 和 LMFP 将在 TMS 脉冲之后的 30 ms 时间窗口内计算，范围从脉冲结束到 400 ms（即 0-30 ms、30-60 ms、60-90 ms 等），以便早期和之后可以检测到兴奋性的变化。 早期时间点（< 90 毫秒）将用于评估 LMFP，后期时间点将用于评估 GMFP 并将改变的兴奋性传播到其他皮质区域。

神经生理活动的区域测量。 灰质结构中的电流源密度 (CSD) 将使用 eLORETA（精确低分辨率脑电磁断层扫描）方法 (http://www.uzh.ch/keyinst/loreta.htm) 进行计算 （莱曼等人，2014 年）。 eLORETA 将局部神经生理活动（电流源密度或 CSD）计算为头皮电位的线性加权和。 使用 eLORETA 的 CSD 测量已被验证为神经生理活动的皮层来源，并消除了源定位的模糊性和头皮脑电图测量中固有的参考依赖性（Lehmann 等人，2014 年；Pascual-Marqui 等人，2011 年） ). 该方法确定了三壳球形头部模型中最平滑的源分布，包括蒙特利尔神经研究所 (MNI) 空间中 6239 个皮质体素（加上海马体和杏仁核）（5 毫米空间分辨率）的 CSD 和电极坐标根据球形和真实头部几何形状之间的交叉配准分配 (Towle et al., 1993)。 报告的 Brodmann 区域使用经过校正的 MNI 空间与 Talairach 空间重合（Brett 等人，2002 年）。 根据我们之前的工作和更广泛的文献（Arns et al., 2015; Korb et al. ，2008 年；Korb 等人，2009 年；Korb 等人，2011 年；Whitton 等人，2016 年）。

神经生理学连接测量。 研究人员将使用一种主要的神经生理学措施和几种补充技术作为次要（探索性）措施，以检查神经生理学连通性的基线和变化。 我们基于 CSD 数据的主要连通性测量将使用基于皮质内源建模技术的“滞后”相干性（省略零相位角）进行检查（Lehmann 等人，2014 年；Pasi 等人，1989 年）。 研究人员将根据 BA 和皮质下概率图谱识别整个 PFC、海马体和杏仁核的皮质 ROI，并将应用 eLORETA 选项“所有最近的体素”来分配给 ROI 的体素。 调查人员将使用 eLORETA 确定的显示高活动性的 ROI 来播种连通性分析；研究人员预计感兴趣的主要 ROI 将是那些与边缘系统中的 DLPFC 有密切联系的 ROI，包括 OFC、MFC、ACC、海马体和脑岛。 滞后一致性代表神经生理连接的两个主要组成部分之一：瞬时和滞后。 滞后分量由生理时间延迟调节，消除了对连接的瞬时贡献。 由于生理过程（对于任何非零、可测量的时间延迟），这种方法有选择地保留连通性，不会被低分辨率和体积传导效应混淆（Lehmann 等人，2014 年）。

辅助措施还将使用源信息流工具箱 (SIFT)（Delorme 等人，2011 年）检查电极空间中的连通性和交叉频率耦合。 该方法使用时变（自适应）多元自回归建模来检测和测量神经活动源之间有效连接的波动。 该方法是对使用高级多变量定向信息流测量（例如，格兰杰因果模型和定向传递函数模型）的滞后一致性方法的补充。 SIFT 函数将用于检查不同实验条件之间和治疗组之间有效连接的变化，使用引导程序/重采样技术来纠正多重比较。 “网络投影”是 Measure Projection（Bigdely-Shamlo 等人，2013 年）的扩展，将使用成对连接来测量输入，这是通过模糊偶极子位置并用连接测量加载它们来计算的。 然后，大脑空间将被分割成 88 个预定义的解剖 ROI，这些 ROI 由从 WFU Pick Atlas（这是一个 SPM 插件）获得的自动解剖标记 (AAL) 提供。 此时，所有受试者都有 88x88 的连接值矩阵，因此每个受试者都有 7744（88x88=7744）种可能的定向因果流组合。 将计算诊断条件差异，并对每个条件执行引导统计，以控制 1 类错误。

MRI 扫描和分析。 包括 DTI 在内的结构和功能 MRI 将在加州大学洛杉矶分校 Ahmanson-Lovelace 大脑测绘中心使用仅头部的 Siemens Prisma-FIT 3 Tesla 扫描仪进行采集。 该扫描仪是最新的 Siemens 3T 产品，仿照最初为 Human Connectome Project (HCP) 开发的定制 Skyra 系统建模。 研究人员将利用优化的 HCP 协议 (http://www.humanconnectome.org/) 确保使用最先进的方法收集和处理连接数据，这些方法可以在其他正在进行的 NIH 的背景下进行解释研究。 总扫描时间约为一小时。

结构 MRI (sMRI)。 将获得全脑结构扫描以与 EEG 数据配准并评估形态（MPRAGE，TR=2300 ms，TE=3 ms，FOV=256 mm，208 切片，.8 x .8 x .8 毫米体素）。 标准化的 HCP sMRI 协议包括 3D T1 和 T2 加权（T1w 和 T2w）高分辨率扫描。 一起分析，这些序列提高了大脑特征的自动提取，尽管 T1 和 T2 扫描也可以单独检查。

扩散张量 MRI (DTI)。 DTI 数据的采集将用于测量白质的结构连通性。 将在 98 个正交方向上使用 b=0 和 1000 s/mm2 的两个扩散加权梯度（TE = 89.2 毫秒，TR = 3222 毫秒，FOV=210 毫米，92 个切片，1.5 x 1.5 x 1.5 毫米体素）。 HCP 还使用 HARDI（高角分辨率扩散成像），它可以更精确地绘制纤维交叉区域的纤维方向，并允许概率纤维束成像根据其他成像方式（sMRI、fMRI 或脑电图）。 这些相同的采集协议将用于该项目。

静息态功能磁共振成像 (fMRI)。 fMRI 将用于以与 EEG 互补的方式描述静息状态网络功能。 研究人员将使用回波平面序列（每体积 72 个轴向切片，104×90 矩阵 [2.0×2.0×2.0mm3]， FOV=208mm, TE = 33.1ms, TR = 720ms，FA = 52°，420 体积）来测量静止状态的 BOLD 信号。 HCP fMRI 多波段 EPI 序列提供出色的空间和时间分辨率，并包含前-后和后-前相位编码以校正解剖失真。

MRI图像处理。 研究人员已经安装了华盛顿大学小组开发的 HCP 管道，并使用该管道处理了在加州大学洛杉矶分校收集的符合 HCP 标准的数据，实现了 T1w MRI 上的高质量组织分割、使用 HARDI 的白质纤维束成像以及基于功能磁共振成像。 每个管道在下面单独描述。

结构磁共振成像。 三个 HCP 管道应用于 sMRI（T1w 和 T2w）数据。 PreFreeSurfer 管道注册 T1w 和 T2w 图像，执行偏置场校正，并将这些图像归一化到 MNI 空间。 FreeSurfer 管道重新创建了 FreeSurfer 的 reconall 管道，该管道分割组织、重建皮质表面并将图像与标准体积和表面图集对齐。

贸易部。 扩散预处理管道使用 FSL 执行标准预处理步骤，包括在运行中均衡 b0s 强度、消除 EPI 和涡流失真、校正运动和梯度非线性以及配准到 T1w 图像。 研究人员使用 BrainSuite 及其 BrainSuite 扩散管道 (BDP) (http://brainsuite.org) 进行后处理， 这使我们能够使用 ODF 数据计算确定性纤维束成像以生成全脑扩散束。 然后，研究人员将计算平均分数各向异性 (FA)、平均扩散率 (MD)、径向扩散率 (RD) 以及沿着连接解剖学 ROI 的白质通路的束数（与抑郁症相关的特定回路，包括源自大脑的束）亚属 ACC 和 DLPFC）。

静息态功能磁共振成像。 功能数据的预处理协议包括两个管道。 第一个是 fMRIVolume，校正图像的空间失真和运动，注册到 T1w 图像，校正主体运动，以及其他标准步骤。 fMRISurface 管道将 fMRIVolume 的输出与皮质表面对齐，包括映射到“灰度坐标”系统以促进跨受试者的比较和分析。 研究人员使用一种对受试者之间的空间差异敏感的新方法进行静息态 fMRI 后处理。 对于脑网络的图论分析，研究者将使用 ICA 计算的独立成分以及基于 Destrieux atlas 的结构 ROI 作为节点，并通过偏相关分析评估每对成分之间的连接关系。 大脑网络将通过从其邻接矩阵计算的网络参数来表征，以定量描述网络的拓扑结构，包括 1）节点度、度分布和分类性； 2）聚类系数和基序； 3）路径长度和效率； 4) 连接密度或成本； 5) 枢纽、中心性和鲁棒性； 5）模块化。

MRI-EEG 图像集成。 为了确定将 TBS 传送到 MRI 空间的 F3 电极头皮部位的位置，以及完全整合 EEG 和 MRI 数据集，研究人员将采用 Advanced Neuro Technology Xensor 3D 电极数字化仪系统（ANT Neuro ；恩斯赫德，荷兰）。 该系统使用带有反射标记的数字化棒和红外摄像机，在不到 10 分钟的时间内为每个参与者识别所有 64 个脑电图电极和三个主要基准点（鼻根、左右耳前点）的 3D 位置。 然后将 3D 数字化位置共同注册到蒙特利尔神经病学研究所 (MNI-Colin27) 模板大脑（蒙特利尔神经病学研究所，加拿大蒙特利尔。 网址 www.bic.mni.mcgill.ca/brainweb）。 电极位置可用于 Visor 2.0 神经导航系统（ANT Neuro；荷兰恩斯赫德），以可视化每个人在 TBS 期间实际使用的刺激目标和相关头皮部位。 将每个受试者的原始 MRI 图像加载到 Visor 软件后，可以使用 MNI 坐标识别 F3 刺激部位与 DLPFC 目标的关系，以及任何单个电极与基础神经解剖学的关系。