JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
행동분석학

fMRI 기반 표적화 방법을 이용한 우울증에 대한 개별화된 rTMS 치료

Published: August 02, 2021
doi:
10.3791/62687
, , , , ,
1Affiliated Brain Hospital of Guangzhou Medical University

Summary

본 프로토콜은 반복적인 경두개 자기 자극 (rTMS)의 적용을 기술하며, 여기서 후방측방 전두엽 피질 (DLPFC)의 서브 영역이 아진성 전두엽 피질 (sgACC)과 가장 강력한 기능적 상관관계를 갖는 fMRI 기반 신경항법 시스템의 도움 하에 자극 표적으로서 위치되었다.

Abstract

더 큰 임상 효능을 달성하기 위해, 주요 우울 장애 (MDD)에 대한 치료의 혁명이 매우 기대됩니다. 반복적 인 경두개 자기 자극 (rTMS)은 뇌 활동을 즉시 변화시키는 비 침습적이고 안전한 신경 조절 기술입니다. MDD에 대한 치료에서의 그의 광범위한 적용에도 불구하고, 치료 반응은 개인들 사이에서 여전히 다르며, 이는 자극 표적의 부정확한 포지셔닝에 기인할 수 있다. 우리의 연구는 기능적 자기 공명 영상 (fMRI) 보조 포지셔닝이 우울증 치료에서 rTMS의 효능을 향상시키는지 여부를 조사하는 것을 목표로합니다. 우리는 MDD에서 등쪽 전두엽 피질 (DLPFC)의 하위 영역을 아세대 전두엽 피질 (sgACC)과 가장 강력한 항 상관 관계를 확인하고 자극하고이 새로운 방법과 전통적인 5-cm 규칙에 대한 비교 조사를 수행하려고합니다. 보다 정확한 자극을 달성하기 위해, 두 방법 모두 신경 내비게이션 시스템의지도하에 적용되었습니다. 우리는 휴지 상태 기능적 연결성에 기초한 개별화된 포지셔닝을 이용한 TMS 치료가 5-cm 방법보다 더 나은 임상 효능을 보여줄 수 있을 것으로 예상하였다.

Introduction

주요 우울 장애 (MDD)는 심각하고 지속적인 우울증을 특징으로하며, 더 심한 경우 환자는 환각 및 / 또는 망상에 직면 할 수 있습니다 1,2. 일반 인구와 비교할 때, MDD 환자의 자살 위험은 약 20 배 높습니다3. 약물 치료가 현재 MDD에서 가장 많이 사용되는 치료법이지만, 환자의 30 % – 50 %는 항우울제에 대한 적절한 반응이부족합니다 4. 응답자의 경우, 증상 개선은 비교적 긴 잠복기 후에 나타나는 경향이 있으며 부작용을 동반합니다. 심리 치료는 일부 환자에게는 효과적이지만 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸립니다. 따라서 MDD에 대한보다 안전하고 효과적인 치료가 시급히 필요합니다.

반복적 인 경두개 자기 자극 (rTMS)은 비 침습적이고 안전한 기술이며 다양한 정신 장애5,6,7의 치료를 위해 승인되었습니다. 그것의 치료 메카니즘은 불분명하지만, rTMS는 자극된 뇌 영역과 신경 가소성8,9,10의 활성을 조절함으로써 작용하여 특정 기능 네트워크(10,11,12)를 정상화함으로써 작동하는 것으로 추측되었다. rTMS는 또한 연결 경로를 통해 원격 뇌 영역의 변화를 불러 일으켜 증폭 된 치료 효과13을 유도하는 네트워크 효과를 유발합니다. rTMS는 뇌 활동을 즉각적이고 견고하게 변화시키지만, MDD 치료에서의 반응률은 약 18%14에 불과하다. 주된 이유는 자극 타겟(15)의 부정확한 위치일 수 있다.

아생 전방 cingulate 피질 (sgACC)은 주로 정서적 처리를 담당하며 스트레스가 많은 사건에 대한 반응, 내부 및 외부 자극에 대한 정서적 반응 및 정서적 표현16,17,18을 조절하는 역할을합니다. ACC의이 하위 영역은 대뇌 피질 및 변연계19,20과 실질적인 구조적 및 기능적 연결성을 공유합니다. 흥미롭게도, 연구 결과에 따르면이 영역의 자극 후 활성은 TMS의 임상 효능과 밀접한 관련이 있습니다. 예를 들어, sgACC의 혈류는 우울 증상의 완화와 관련되었던 우측방 전두엽 피질 (DLPFC)을 표적으로 하는 TMS의 과정 후에 감소하였다21. Vink et al.8은 DLPFC를 표적으로 하는 자극이 sgACC로 전파된다는 것을 발견하고, sgACC 활성이 TMS의 치료 반응의 바이오마커일 수 있음을 시사하였다. 이전의 연구에 따르면, 폭스와 동료22는 sgACC (MNI 좌표 : 6, 16, -10)와의 가장 강력한 기능적 항 연결성을 보여주는 DLPFC의 하위 영역을 표적화하여 항우울제 효과를 향상시킨다고 제안했다. 여기에서, 우리는이 가설을 조사하기위한 연구 프로토콜을 보여줍니다.

Protocol

모든 참가자에게 연구에 대해 알리고 연구 시작 전에 정보에 입각 한 동의서에 서명하도록 요청하십시오. 본 프로토콜은 광저우 의과 대학의 부속 뇌 병원의 연구 윤리위원회에 의해 승인되었다. 참고 :이 이중 맹검 연구에서 우울증 환자는 무작위로 두 그룹으로 나뉘어졌습니다. 실험군에서, 자극 표적은 DLPFC-sgACC 기반 개별화된 위치 방법에 의해 위치된다(자세한 설명은 3.3 …

Representative Results

ROI 현명한 FC 분석은 sgACC가 DLPFC와 유의하게 상관관계가 없다는 것을 보여주어야 하며, 여기서 가장 강한 음성 상관관계는 선택될 자극 표적이다. sgACC-DLPFC 기능적 연결성과 치료 반응 사이의 유의한 항-상관관계는 상관관계 분석(33)에서 발견되어야 한다. 현재의 프로토콜은 이전 연구가 적용하지 않은 혁신적인 TMS 타겟팅 방법을 기반으로합니다. 여기서 우?…

Discussion

sgACC는 정서적 처리를 담당하며 스트레스 조절16,17,18에서 중요한 역할을합니다. 한 연구에 따르면 sgACC (6, 16, -10)와의 가장 강력한 기능적 항 연결성을 보여주는 DLPFC의 하위 영역을 표적화하면 항우울제 효과25를 향상시킬 수 있습니다. 따라서 이 대상을 정확하게 찾는 것이 이 프로토콜의 중요한 단계입니다. …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 연구는 중국 박사후 과학 재단 기금 프로젝트 (2019M652854)와 중국 광둥성 자연 과학 재단 (보조금 번호 2020A1515010077)이 자금을 지원했습니다.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Individualized RTMSFMRI-based TargetingDLPFCSgACCFunctional ConnectivityResting Motor ThresholdDepression Treatment

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image