个性化重复经颅磁刺激可暂时改变健康受试者的默认模式网络

2022-01-20 14:46:00 发布者: 查看:
我们通过个性化选择DLPFC刺激位点,研究了HF-rTMS对健康志愿者(n=23)在多个时间窗的默认模式网络(DMN)的影响。

1. 研究背景

高频重复经颅磁刺激(HF-rTMS)应用于左背外侧前额叶皮质(DLPFC)是治疗难治性抑郁症的有效方法,而在健康受试者中进行一整个疗程HF-rTMS的潜在机制还没有被描述。rTMS反应存在很大的可变性,基于个体静息状态功能磁共振成像(rsfMRI)准确的脑靶向可以降低这种差异。独立于抑郁相关症状学的混淆效应,对健康人大脑中完整周期HF-rTMS的潜在神经机制的进一步理解,将有助于更好地为未来对抑郁大脑及其治疗的研究提供信息。

默认模式网络(default mode network, DMN)是由内侧颞叶和外侧颞叶、内侧前额叶皮层和内侧顶叶皮层和外侧顶叶皮层组成的网络,它与抑郁症的病理生理学有关,它与亚属前扣带皮层(sgACC)的超连接已被报道在经rTMS成功治疗后正常化。研究表明,sgACC与另一个网络的功能连接增加了,该网络包括背扣带皮层、背内侧前额叶皮层、背外侧前额叶皮层(DLPFC)、顶叶下小叶、额叶下皮层和后颞叶,但类似于DMN的网络没有变化。

在这里,我们通过个性化选择DLPFC刺激位点,研究了HF-rTMS对健康志愿者(n=23)在多个时间窗的默认模式网络(DMN)的影响。

 

2. 研究方法

2.1 被试

我们招募了年龄在18-65岁之间的健康男性和女性受试者,共23名受试者(9名女性,平均年龄25.8±5.5岁),目前或以前没有精神疾病,通过结构化临床访谈进行评估。

 

2.2 研究流程

我们对健康受试者进行了双盲(受试者和采访者)、假对照、交叉研究。实验为期3天,每次约间隔1周。基于抑郁症的静息状态网络病理生理学,我们假设单次HF-rTMS会引起DMN的变化,这可能与自我报告的情感行为变化和稳定的伤害回避人格特质有关。对于第2天和第3天的真实和虚假HF-rTMS,我们使用第1天的rsfMRI扫描来确定每个受试者的左侧DLPFC的个性化靶点,使用一种新的选择过程。

我们发送了10Hz的rTMS,为了进行假刺激,我们沿着线圈柄轴旋转线圈180°,使线圈的刺激侧远离头皮,刺激侧与头皮之间的距离大于5厘米。

 

TMS刺激实验设计 

图1. 实验设计。第1天,在结构化临床访谈(SCI)和获得知情同意后,我们获得了T1加权结构图像、rsfMRI和基于手指叩击任务的fMRI。rsfMRI数据用于个性化目标选择,然后通过在线神经导航在T1结构中识别个性化的刺激目标。rsfMRI会话之后是食指轻敲会话(当出现绿色或红色的点时,间歇的手指轻敲),数据用于确定用于设置静止运动阈值(RMT)的运动皮层位置。

 

3. 研究结果

在一个完整的10Hz的rTMS(3000个脉冲)疗程后,我们观察到DMN与下颚前扣带皮层(sgACC)以及腹侧纹状体(vStr)之间的功能连接下降。右侧sgACC的下降幅度与气质和性格量表中的伤害回避域测量值呈负相关。此外,我们发现右侧vStr与DMN刺激后的耦合强度与来自积极和消极情感量表的消极情绪自我报告的减少成正比。这表明HF-rTMS减弱了健康接受者的消极情绪感知,与患者的预期效果一致。

 

 rsfMRI的目标

图2. 从第1天到第2天目标之间的距离rsfMRI (n=24)和两个示例受试者的电场建模。上图:第1天rsfMRI的目标和第2天rsfMRI的目标之间的欧几里德距离的柱状图。3名受试者距离大于20mm。下面板:从第1天和第2天rsfMRI数据对两个目标的电场建模的定性描述。快速观察就会发现,当使用任何一个目标时,电场的相似性。

受试者对rTMS刺激效果 

图3. 受试者对rTMS刺激效果的身体感觉和由此产生的期望(n = 17)。左侧的Te图显示,受试者在真实条件下的头皮不适明显高于假条件下。然而,在真实和虚假的刺激过程中,他们对心理状态诱发变化的内部预期并没有不同。

 

HF-rTMS 

图4. 只有在真正的HF-rTMS后,功能连通性才会下降(n=23)。(a)与R1相比,R2期间双侧sgACC (a1至a3)和vStr (a4)功能连接性下降。(b) R1和R2期间,实HF-rTMS后的默认模式网络。(c) R1和期间伪HF-rTMS后的默认模式网络R2

 

4. 结论

我们的研究,通过对DLPFC刺激位点的个性化选择,有助于理解重复性经颅磁刺激(rTMS)的整个疗程的影响,同时也有助于经颅磁刺激被批准用于临床治疗健康志愿者的抑郁症相关脑区。

 

5. 名称及DOI号

Singh, A., Erwin-Grabner, T., Sutcliffe, G., Antal, A., Paulus, W., & Goya-Maldonado, R. (2019). Personalized repetitive transcranial magnetic stimulation temporarily alters default mode network in healthy subjects. Scientific reports, 9(1), 1-12.

 

Doi: 10.1038/s41598-019-42067-3