Geïndividualiseerde rTMS-behandeling voor depressie met behulp van een op fMRI gebaseerde targetingmethode
Summary
Het huidige protocol beschrijft de toepassing van repetitieve transcraniële magnetische stimulatie (rTMS), waarbij een subregio van de dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC) met de sterkste functionele anticorrelatie met de subgenuale anterieure cingulate cortex (sgACC) zich bevond als het stimulatiedoel onder de hulp van een op fMRI gebaseerd neuronavigatiesysteem.
Abstract
Om een grotere klinische werkzaamheid te bereiken, wordt een revolutie in de behandeling van depressieve stoornis (MDD) langverwacht. Repetitieve transcraniële magnetische stimulatie (rTMS) is een niet-invasieve en veilige neuromodulatietechniek die de hersenactiviteit onmiddellijk verandert. Ondanks de brede toepassing ervan in de behandeling voor MDD, blijft de behandelingsrespons verschillend tussen individuen, wat kan worden toegeschreven aan de onnauwkeurige positionering van het stimulatiedoel. Onze studie is bedoeld om te onderzoeken of de functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) -geassisteerde positionering de werkzaamheid van rTMS bij de behandeling van depressie verbetert. We zijn van plan om de subregio dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC) in MDD te identificeren en te stimuleren met de sterkste anticorrelatie met de subgenuale anterior cingulate cortex (sgACC), en een vergelijkend onderzoek uit te voeren naar deze nieuwe methode en de traditionele 5-cm regel. Om nauwkeurigere stimulatie te bereiken, werden beide methoden toegepast onder begeleiding van het neuronavigatiesysteem. We verwachtten dat de TMS-behandeling met geïndividualiseerde positionering op basis van functionele connectiviteit in rusttoestand een betere klinische werkzaamheid zou kunnen vertonen dan de 5-cm-methode.
Introduction
Depressieve stoornis (MDD) wordt gekenmerkt door significante en aanhoudende depressie, en in meer ernstige gevallen kunnen patiënten hallucinaties en / of wanen tegenkomen 1,2. Vergeleken met de algemene bevolking is het risico op zelfmoord bij MDD-patiënten ongeveer 20 keer hoger3. Hoewel medicatie momenteel de meest gebruikte behandeling voor MDD is, ontbreekt 30% – 50% van de patiënten aan adequate respons op antidepressiva4. Voor de responders verschijnt de symptoomverbetering meestal na een relatief lange latente periode en gaat gepaard met bijwerkingen. Psychotherapie, hoewel effectief voor sommige patiënten, is kostbaar en tijdrovend. Een veiligere en effectievere behandeling van MDD is daarom dringend nodig.
Repetitieve transcraniële magnetische stimulatie (rTMS) is een niet-invasieve en veilige techniek en is goedgekeurd voor de behandeling van verschillende psychische stoornissen 5,6,7. Hoewel het therapeutische mechanisme onduidelijk blijft, werd gespeculeerd dat rTMS zou werken door de activiteit van de gestimuleerde hersengebieden en de neurale plasticiteit 8,9,10 te reguleren, waardoor specifieke functionele netwerken worden genormaliseerd 10,11,12. rTMS veroorzaakt ook een netwerkeffect, dat veranderingen in afgelegen hersengebieden oproept via verbindingswegen, wat leidt tot een versterkt therapeutisch effect13. Hoewel rTMS de hersenactiviteit onmiddellijk en robuust verandert, is het responspercentage bij de behandeling van MDD slechts ongeveer 18%14. De belangrijkste reden kan de onnauwkeurige locatie van stimulatiedoelen15 zijn.
De subgenuale anterior cingulate cortex (sgACC) is voornamelijk verantwoordelijk voor emotionele verwerking en speelt een rol bij het reguleren van de reactie op stressvolle gebeurtenissen, emotionele reactie op interne en externe stimuli en emotionele expressie 16,17,18. Deze subregio van ACC deelt substantiële structurele en functionele connectiviteit met de hersenschors en het limbisch systeem 19,20. Interessant is dat studies hebben aangetoond dat de poststimulatieactiviteit van dit gebied nauw verband houdt met de klinische werkzaamheid van TMS. De bloedstroom van sgACC nam bijvoorbeeld af na een tmskuur gericht op de rechter dorsolaterale prefrontale cortex (DLPFC), die geassocieerd was met de verlichting van depressieve symptomen21. Vink et al.8 vonden dat stimulatie gericht op DLPFC werd gepropageerd naar sgACC, en suggereerden dat sgACC-activiteit een biomarker kan zijn van de behandelingsrespons van TMS. Volgens eerdere onderzoeken stelden Fox en collega’s22 voor dat targeting op een subregio van DLPFC die de sterkste functionele anti-connectiviteit vertoont met sgACC (MNI-coördinaat: 6, 16, -10) het antidepressieve effect versterkt. Hier demonstreren we een studieprotocol dat gericht is op het onderzoeken van deze hypothese.
Protocol
Representative Results
Discussion
De sgACC is verantwoordelijk voor emotionele verwerking en speelt een belangrijke rol in stressregulatie 16,17,18. Een studie suggereert dat het richten op een subregio van DLPFC die de sterkste functionele anti-connectiviteit met sgACC vertoont (6, 16, -10) het antidepressieve effect kan versterken25. Daarom is het precies lokaliseren van dit doel de kritieke stap van dit protocol. Vóór de stimulatie m…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De studie werd gefinancierd door het door de China Postdoctoral Science Foundation gefinancierde project (2019M652854) en de Natural Science Foundation van Guangdong, China (Grant No. 2020A1515010077).
Materials
| 3T Philips Achieva MRI scanner | Philips | ||
| Harvard/Oxford cortical template | http://www.cma.mgh.harva rd.edu/ | ||
| MATLAB | MathWorks | ||
| SPM12 | http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm | ||
| The Visor2 system | ANT Neuro | The Visor2 software, the optical tracking system, tracking tools and calibration board are part of the visor2 system. | |
| TMS device | Magstim, Carmarthenshire, UK |
Riferimenti
- Schramm, E., Klein, D. N., Elsaesser, M., Furukawa, T. A., Domschke, K. Review of dysthymia and persistent depressive disorder: History, correlates, and clinical implications. Lancet Psychiatry. 7 (9), 801-812 (2020).
- Knight, M. J., Baune, B. T. Cognitive dysfunction in major depressive disorder. Current Opinion in Psychiatry. 31 (1), 26-31 (2018).
- Otte, C., et al. Major depressive disorder. Nature Reviews Disease Primers. 2 (1), 1-20 (2016).
- Rafeyan, R., Papakostas, G. I., Jackson, W. C., Trivedi, M. H. Inadequate response to treatment in major depressive disorder: Augmentation and adjunctive strategies. Journal of Clinical Psychiatry. 81 (3), (2020).
- Zhang, J. J., Fong, K. N., Ouyang, R. g., Siu, A. M., Kranz, G. S. J. A. Effects of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) on craving and substance consumption in patients with substance dependence: A systematic review and meta-analysis. Addiction. 114 (12), 2137-2149 (2019).
- Enokibara, M., Trevizol, A., Shiozawa, P., Cordeiro, Q. Establishing an effective TMS protocol for craving in substance addiction: Is it possible. American Journal on Addictions. 25 (1), 28-30 (2016).
- Diana, M., et al. Rehabilitating the addicted brain with transcranial magnetic stimulation. Nature Reviews Neuroscience. 18 (11), 685 (2017).
- Vink, J. J. T., et al. A novel concurrent TMS-fMRI method to reveal propagation patterns of prefrontal magnetic brain stimulation. Human Brain Mapping. 39 (11), 4580-4592 (2018).
- Baeken, C., De Raedt, R. Neurobiological mechanisms of repetitive transcranial magnetic stimulation on the underlying neurocircuitry in unipolar depression. Dialogues in Clinical Neuroscience. 13 (1), 139-145 (2011).
- Tik, M., et al. Towards understanding rTMS mechanism of action: Stimulation of the DLPFC causes network-specific increase in functional connectivity. Neuroimage. 162, 289-296 (2017).
- Castrén, E. Neuronal network plasticity and recovery from depression. JAMA Psychiatry. 70 (9), 983-989 (2013).
- Cantone, M., et al. Cortical plasticity in depression. ASN Neuro. 9 (3), 1759091417711512 (2017).
- Valero-Cabré, A., Amengual, J. L., Stengel, C., Pascual-Leone, A., Coubard, O. A. Transcranial magnetic stimulation: A comprehensive review of fundamental principles and novel insights. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 83, 381-404 (2017).
- Luber, B. M., et al. Using neuroimaging to individualize TMS treatment for depression: Toward a new paradigm for imaging-guided intervention. Neuroimage. 151, 65-71 (2017).
- Wassermann, E. M., Zimmermann, T. J. P. Transcranial magnetic brain stimulation: Therapeutic promises and scientific gaps. Pharmacology & Therapeutics. 133 (1), 98-107 (2012).
- Kim, H., et al. Hypometabolism and altered metabolic connectivity in patients with internet gaming disorder and alcohol use disorder. Progress in Neuro-Psychopharmacology & Biological Psychiatry. 95, 109680 (2019).
- Kim, J. Y., et al. The correlation between the frontostriatal network and impulsivity in internet gaming disorder. Scientific Reports. 9 (1), 1191 (2019).
- Wang, Y., et al. Impaired decision-making and impulse control in Internet gaming addicts: evidence from the comparison with recreational Internet game users. Addiction Biology. 22 (6), 1610-1621 (2017).
- Mayberg, H. S. Limbic-cortical dysregulation: A proposed model of depression. Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neurosciences. 9 (3), 471-481 (1997).
- Rolls, E. T. The cingulate cortex and limbic systems for emotion, action, and memory. Brain Structure and Function. 224 (9), 3001-3018 (2019).
- Philip, N. S., et al. Network mechanisms of clinical response to transcranial magnetic stimulation in posttraumatic stress disorder and major depressive disorder. Biological Psychiatry. 83 (3), 263-272 (2018).
- Fox, M. D., Buckner, R. L., White, M. P., Greicius, M. D., Pascual-Leone, A. Efficacy of transcranial magnetic stimulation targets for depression is related to intrinsic functional connectivity with the subgenual cingulate. Biological Psychiatry. 72 (7), 595-603 (2012).
- Sheehan, D. V., et al. The Mini-International Neuropsychiatric Interview (M.I.N.I.): The development and validation of a structured diagnostic psychiatric interview for DSM-IV and ICD-10. Journal of Clinical Psychiatry. 59, 22-33 (1998).
- Montgomery, S. A., Asberg, M. A new depression scale designed to be sensitive to change. British Journal of Psychiatry. 134, 382-389 (1979).
- Fox, M. D., Buckner, R. L., White, M. P., Greicius, M. D., Pascual-Leone, A. J. B. p. Efficacy of transcranial magnetic stimulation targets for depression is related to intrinsic functional connectivity with the subgenual cingulate. Biological Psychiatry. 72 (7), 595-603 (2012).
- Cash, R. F. H., et al. Personalized connectivity-guided DLPFC-TMS for depression: Advancing computational feasibility, precision and reproducibility. Human Brain Mapping. , (2021).
- Hamilton, M. A rating scale for depression. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 23 (1), 56-62 (1960).
- Beck, A. T., Steer, R. A., Brown, G. K. . Manual for the Beck depression inventory-II. , 1-82 (1996).
- Hamilton, M. The assessment of anxiety states by rating. British Journal of Medical Psychology. 32 (1), 50-55 (1959).
- Guy, W. ECDEU assessment manual for psychopharmacology, revised. U.S. Dept. of Health, Education, and Welfare, Public Health Service, Alcohol, Drug Abuse, and Mental Health Administration, National Institute of Mental Health, Psychopharmacology Research Branch, Division of Extramural Research Programs. , (1976).
- Kern, R. S., et al. The MATRICS consensus cognitive battery, part 2: Co-norming and standardization. American Journal of Psychiatry. 165 (2), 214-220 (2008).
- Nuechterlein, K. H., et al. The MATRICS consensus cognitive battery, part 1: Test selection, reliability, and validity. American Journal of Psychiatry. 165 (2), 203-213 (2008).
- Jing, Y., et al. Pregenual or subgenual anterior cingulate cortex as potential effective region for brain stimulation of depression. Brain and Behavior. 10 (4), 01591 (2020).
- Cole, E. J., et al. Stanford accelerated intelligent neuromodulation therapy for treatment-resistant depression. American Journal of Psychiatry. 177 (8), 716-726 (2020).
- Cash, R. F. H., et al. Subgenual functional connectivity predicts antidepressant treatment response to transcranial magnetic stimulation: Independent validation and evaluation of personalization. Biological Psychiatry. 86 (2), 5-7 (2019).
- Ge, R., Downar, J., Blumberger, D. M., Daskalakis, Z. J., Vila-Rodriguez, F. Functional connectivity of the anterior cingulate cortex predicts treatment outcome for rTMS in treatment-resistant depression at 3-month follow-up. Brain Stimulation. 13 (1), 206-214 (2020).
- Ojemann, J. G., et al. Anatomic localization and quantitative analysis of gradient refocused echo-planar fMRI susceptibility artifacts. Neuroimage. 6 (3), 156-167 (1997).
- Schonfeldt-Lecuona, C., et al. The value of neuronavigated rTMS for the treatment of depression. Clinical Neurophysiology. 40 (1), 37-43 (2010).
- Krieg, S. M., et al. Protocol for motor and language mapping by navigated TMS in patients and healthy volunteers; workshop report. Acta Neurochir (Wien). 159 (7), 1187-1195 (2017).
- Haddad, A. F., Young, J. S., Berger, M. S., Tarapore, P. E. Preoperative applications of navigated transcranial magnetic stimulation. Frontiers in Neurology. 11, 628903 (2020).
- Baeken, C., Duprat, R., Wu, G. R., De Raedt, R., van Heeringen, K. Subgenual anterior cingulate-medial orbitofrontal functional connectivity in medication-resistant major depression: A neurobiological marker for accelerated intermittent theta burst stimulation treatment. Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging. 2 (7), 556-565 (2017).
- Wu, G. R., De Raedt, R., Van Schuerbeek, P., Baeken, C. Opposite subgenual cingulate cortical functional connectivity and metabolic activity patterns in refractory melancholic major depression. Brain Imaging and Behavior. 14 (2), 426-435 (2020).
- Salomons, T. V., et al. Resting-state cortico-thalamic-striatal connectivity predicts response to dorsomedial prefrontal rTMS in major depressive disorder. Neuropsychopharmacology. 39 (2), 488-498 (2014).
- Iseger, T. A., van Bueren, N. E. R., Kenemans, J. L., Gevirtz, R., Arns, M. A frontal-vagal network theory for major depressive disorder: Implications for optimizing neuromodulation techniques. Brain Stimulation. 13 (1), 1-9 (2020).
