Summary

Individualiserad rTMS-behandling för depression med en fMRI-baserad inriktningsmetod

Published: August 02, 2021
doi:

Summary

Det nuvarande protokollet beskriver tillämpningen av repetitiv transkraniell magnetisk stimulering (rTMS), där en subregion av den dorsolaterala prefrontala cortexen (DLPFC) med den starkaste funktionella antikorrelationen med den subgenuella främre cingulära cortexen (sgACC) befanns som stimuleringsmål under hjälp av ett fMRI-baserat neuronavigationssystem.

Abstract

För att uppnå större klinisk effekt förväntas en revolution i behandlingen av egentlig depression (MDD). Repetitiv transkraniell magnetisk stimulering (rTMS) är en icke-invasiv och säker neuromoduleringsteknik som omedelbart förändrar hjärnaktiviteten. Trots sin breda tillämpning vid behandling av MDD förblir behandlingssvaret annorlunda bland individer, vilket kan hänföras till felaktig positionering av stimuleringsmålet. Vår studie syftar till att undersöka om funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI)-assisterad positionering förbättrar effekten av rTMS vid behandling av depression. Vi avser att identifiera och stimulera subregionen av dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) i MDD med starkast antikorrelation med den subgenuella främre cingulära cortexen (sgACC), och att genomföra en jämförande undersökning av denna nya metod och den traditionella 5 cm-regeln. För att uppnå mer exakt stimulering tillämpades båda metoderna under ledning av neuronavigationssystemet. Vi förväntade oss att TMS-behandlingen med individualiserad positionering baserad på vilotillståndsfunktionell anslutning kan visa bättre klinisk effekt än 5 cm-metoden.

Introduction

Egentlig depression (MDD) kännetecknas av signifikant och ihållande depression, och i allvarligare fall kan patienter stöta på hallucinationer och / eller vanföreställningar 1,2. Jämfört med den allmänna befolkningen är risken för självmord bland MDD-patienter cirka 20 gånger högre3. Medan medicinering för närvarande är den mest använda behandlingen för MDD, saknar 30% – 50% av patienterna adekvat svar på antidepressiva medel4. För respondenterna tenderar symptomförbättringen att uppträda efter en relativt lång latent period och åtföljs av biverkningar. Psykoterapi, även om den är effektiv för vissa patienter, är kostsam och tidskrävande. Det finns därför ett akut behov av en säkrare och effektivare behandling av MDD.

Repetitiv transkraniell magnetisk stimulering (rTMS)är en icke-invasiv och säker teknik och har godkänts för behandling av olika psykiska störningar 5,6,7. Även om dess terapeutiska mekanism fortfarande är oklar, spekulerades rTMS att fungera genom att reglera aktiviteten hos de stimulerade hjärnregionerna och den neurala plasticiteten 8,9,10, vilket normaliserar specifika funktionella nätverk 10,11,12. rTMS orsakar också nätverkseffekt, vilket framkallar förändringar i avlägsna hjärnområden genom anslutningsvägar, vilket leder till en förstärkt terapeutisk effekt13. Även om rTMS förändrar hjärnaktiviteten omedelbart och robust, är dess svarsfrekvens vid behandling av MDD endast cirka 18%14. Den främsta orsaken kan vara den felaktiga placeringen av stimuleringsmål15.

Den subgenuella främre cingulära cortexen (sgACC) är huvudsakligen ansvarig för känslomässig bearbetning och spelar en roll för att reglera svaret på stressiga händelser, känslomässigt svar på inre och yttre stimuli och känslomässigt uttryck 16,17,18. Denna delregion av ACC delar betydande strukturell och funktionell anslutning till hjärnbarken och det limbiska systemet 19,20. Intressant nog har studier visat att poststimuleringsaktiviteten i detta område är nära relaterad till den kliniska effekten av TMS. Till exempel minskade blodflödet av sgACC efter en kurs av TMS riktad mot höger dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), som var associerad med lindring av depressiva symtom21. Vink et al.8 fann att stimulering riktad mot DLPFC förökades till sgACC och föreslog att sgACC-aktivitet kan vara en biomarkör för behandlingssvaret för TMS. Enligt tidigare undersökningar föreslog Fox och kollegor22 att inriktning på en delregion av DLPFC som visar starkast funktionell anti-anslutning med sgACC (MNI-koordinat: 6, 16, -10) förbättrar den antidepressiva effekten. Här demonstrerar vi ett studieprotokoll som syftar till att undersöka denna hypotes.

Protocol

Informera alla deltagare om studien och be dem att underteckna formuläret för informerat samtycke innan studien påbörjas. Det nuvarande protokollet godkändes av forskningsetiska kommittén vid det anslutna hjärnsjukhuset vid Guangzhou Medical University. OBS: I denna dubbelblinda studie delades patienter med depression slumpmässigt in i två grupper. I experimentgruppen lokaliseras stimuleringsmål med den DLPFC-sgACC-baserade individualiserade platsmetoden (se 3.3 för detaljerad beskr…

Representative Results

ROI-mässig FC-analys bör visa att sgACC är signifikant antikorrelerat med DLPFC, där den starkaste negativa korrelationen är det stimulansmål som ska väljas. Signifikant antikorrelation mellan den funktionella anslutningen sgACC-DLPFC och behandlingssvaret bör hittas i korrelationsanalysen33. Det nuvarande protokollet är baserat på en innovativ TMS-inriktningsmetod som inga tidigare studier har tillämpat. Här presenterar vi resultat från en fMRI-styrd TMS-s…

Discussion

SgACC ansvarar för känslomässig bearbetning och spelar en viktig roll i stressreglering 16,17,18. En studie tyder på att inriktning på en delregion av DLPFC som visar starkast funktionell anti-anslutning med sgACC (6, 16, -10) kan förbättra den antidepressiva effekten25. Därför är exakt lokalisering av detta mål det kritiska steget i detta protokoll. Före stimuleringen bör hjärnans gränser …

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Studien finansierades av China Postdoctoral Science Foundation finansierat projekt (2019M652854) och Natural Science Foundation of Guangdong, Kina (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

  1. 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).
  2. Knight, M. J., Baune, B. T. Cognitive dysfunction in major depressive disorder. Current Opinion in Psychiatry. 31 (1), 26-31 (2018).
  3. Otte, C., et al. Major depressive disorder. Nature Reviews Disease Primers. 2 (1), 1-20 (2016).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Diana, M., et al. Rehabilitating the addicted brain with transcranial magnetic stimulation. Nature Reviews Neuroscience. 18 (11), 685 (2017).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Castrén, E. Neuronal network plasticity and recovery from depression. JAMA Psychiatry. 70 (9), 983-989 (2013).
  12. Cantone, M., et al. Cortical plasticity in depression. ASN Neuro. 9 (3), 1759091417711512 (2017).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Wassermann, E. M., Zimmermann, T. J. P. Transcranial magnetic brain stimulation: Therapeutic promises and scientific gaps. Pharmacology & Therapeutics. 133 (1), 98-107 (2012).
  16. 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).
  17. Kim, J. Y., et al. The correlation between the frontostriatal network and impulsivity in internet gaming disorder. Scientific Reports. 9 (1), 1191 (2019).
  18. 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).
  19. Mayberg, H. S. Limbic-cortical dysregulation: A proposed model of depression. Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neurosciences. 9 (3), 471-481 (1997).
  20. Rolls, E. T. The cingulate cortex and limbic systems for emotion, action, and memory. Brain Structure and Function. 224 (9), 3001-3018 (2019).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Montgomery, S. A., Asberg, M. A new depression scale designed to be sensitive to change. British Journal of Psychiatry. 134, 382-389 (1979).
  25. 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).
  26. Cash, R. F. H., et al. Personalized connectivity-guided DLPFC-TMS for depression: Advancing computational feasibility, precision and reproducibility. Human Brain Mapping. , (2021).
  27. Hamilton, M. A rating scale for depression. Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry. 23 (1), 56-62 (1960).
  28. Beck, A. T., Steer, R. A., Brown, G. K. . Manual for the Beck depression inventory-II. , 1-82 (1996).
  29. Hamilton, M. The assessment of anxiety states by rating. British Journal of Medical Psychology. 32 (1), 50-55 (1959).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. Cole, E. J., et al. Stanford accelerated intelligent neuromodulation therapy for treatment-resistant depression. American Journal of Psychiatry. 177 (8), 716-726 (2020).
  35. 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).
  36. 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).
  37. Ojemann, J. G., et al. Anatomic localization and quantitative analysis of gradient refocused echo-planar fMRI susceptibility artifacts. Neuroimage. 6 (3), 156-167 (1997).
  38. Schonfeldt-Lecuona, C., et al. The value of neuronavigated rTMS for the treatment of depression. Clinical Neurophysiology. 40 (1), 37-43 (2010).
  39. 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).
  40. 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).
  41. 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).
  42. 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).
  43. 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).
  44. 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).
check_url/it/62687?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Luo, X., Hu, Y., Wang, R., Zhang, M., Zhong, X., Zhang, B. Individualized rTMS Treatment for Depression using an fMRI-Based Targeting Method. J. Vis. Exp. (174), e62687, doi:10.3791/62687 (2021).

View Video