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NPP: 重复经颅磁刺激产生抗抑郁效果的基础:全脑功能连接与局部兴奋度变化
发布者:admin 发布时间:2020/3/31

重复经颅磁刺激 (rTMS) 是重度抑郁症 (MDD) 常用的治疗方式,但是我们对经颅磁刺激产生抗抑郁效果的机制了解甚少。此外,我们也缺乏能够用以预测和追踪临床效果的大脑信号,而这些信号能够帮助进行分层与优化治疗。本研究中,我们进行了随机、假性对照的临床试验,在rTMS前后分别测量电生理、神经成像和临床变化。患者(N=36)被随机分为两组,分别接受有效刺激或伪刺激的,针对左背外侧前额叶皮层(dlPFC)rTMS干预,为期20个连续工作日。为捕捉由rTMS驱动的大脑连接与因果兴奋性上的变化,我们在干预前后均对患者进行了静息态fMRITMS/EEG数据采集。通过同时进行的TMS/fMRI可以评估抑郁组与健康对照组之间大脑因果连接基线的差异。相比伪刺激组,我们发现rTMS引起了:   

1dlPFC的全脑功能连接增强;   

2)诱导产生负性dlPFC-杏仁核连接;   

3TMS/EEG诱发电位下的局部分散变化。     

大脑全脑功能连接的变化可以预测临床干预效果,而全脑功能连接与TMS/EEG的变化均能够追踪临床结果。相比健康被试,我们观察到抑郁患者dlPFC对杏仁核的干扰抑制作用。总之,rTMS通过积极干预,诱导刺激位置产生持久性连接和兴奋性变化后,dlPFC似乎能更好地参与杏仁核自上而下的控制。这些网络功能方法不仅能够预测,也能追踪临床效果,为优化干预方法打开了一扇潜在的大门。本研究由斯坦福大学的学者发表在Neuropsychopharmacology杂志。

 

引言      

抑郁症是一种广泛流行的、严重的精神疾病。即使是药物与心理治疗相结合的干预,效果都不甚理想。新的疗法,如重复经颅磁刺激,可以调节脑网络内或网络间的连接。因该疗法建立在对抑郁症脑网络功能障碍的新兴理解上,所以可能促进非侵入式疗法的发展。临床试验表明,针对背外侧前额叶皮层(dlPFC)的10Hz rTMS对于抗抑郁有明显效果,得到了食品与药物管理局许可,并因此在临床上得到广泛应用。即使如此,其治愈率还是令人失望。此外,临床效果虽然得到了一定证明,rTMS技术的发展中还是缺乏神经生理过程,以调整或澄清dlPFC内具体的解剖学靶点,况且我们对该脑区(dlPFC)的理解还存在争议。近期,几个研究试图通过任务态功能性核磁共振成像(fMRI)、个体化脑网络映射和静息态连接的方法,解决与rTMS相关的异质性问题。但前期研究主要:   

(1)缺乏必要的假性对照,以区分干预效果与安慰剂反应因素。   

(2)除连接改变外,没有使用因果性脑测量方法来解释rTMS作用机制(如某区域激活导致另一脑区变化)。我们对于rTMS机制理解的不足,使得治疗技术的优化受到了阻碍。       

 

目前为止,神经成像研究中,在探查rTMS在左侧dlPFC与抑郁症的关系时,均借助传统的脑测量方法(如fMRIEEG)进行治疗前后的检测。这些研究普遍发现,在rTMS干预后,额叶或颞叶的功能、激活度以及神经连接产生了变化。      

关于额叶变化:rTMS显示出DMN网络内超连通性(hyperconnectivity)的正常化,dlPFC-内侧前额叶异常连接的恢复,而且可以基于dlPFC-前扣带回或前扣带回-顶叶连接来预测临床结果。      

关于颞叶变化:左侧dlPFCrTMS结果显示,杏仁核血流量增加,被试对负性面孔的反应降低。      

除了神经解剖学靶点与rTMS抗抑郁效果相关外,我们关于rTMS如何作用于这些脑区的机制理解也有限。一直以来的概念是,10Hz rTMS通过长期增强作用(LTP)来提升脑网络兴奋度,从而产生治疗影响。但是人类研究中,支持该理论的证据不足。事实上,近期一项关于rTMS(而非大脑切片中电诱发的LTP)的动物研究提出了不同于LTP的另一机制:减少皮层抑制。比如将10 Hz rTMS应用于猫的视觉皮层,会导致长期抑制作用的减弱,单一经颅磁脉冲反弹,这也证明了视觉加工时的抑制减弱。我们最近的研究也曾表明,在类rTMS实验中,用10Hz进行颅内皮层电刺激10分钟,会抑制2040毫秒的刺激激活潜能。考虑到这种潜能的自然抑制作用,该类研究证明了rTMS可能通过一种先前未知的大脑皮层抑制减弱机制产生作用。因此,理解究竟哪些脑区和神经生理过程受非侵入rTMS影响而改变的一种方法是,使用同步fMRIEEG,探测由TMS脉冲直接诱发的大脑激活。同步TMS/fMRI亦可揭示哪些下游脑区受到dlPFC刺激影响。      

为了更好地理解10Hz rTMS疗法机制与预测因子,我们进行了针对重度抑郁症患者的rTMS多模态假性随机对照研究,检测了静息态fMRI下的连接变化(图2)和TMS/EEG诱发的神经反应(图34)。另外,我们还使用同步TMS/fMRI对比了抑郁症患者与控制组治疗前的TMS激活反应,来确定rTMS诱发的大脑连接变化能否从原因上解释抑郁症中混乱的神经联系(图5)。我们初始假设重点只是同步TMS/fMRI的临床试验。但是由于设备故障,使得数据收集和试验后测难以在一年半内完成。因此不得不修改计划,转而分析静息态fMRITMS/EEG。总体来讲,实验目标同之前一致:   

(1)检测dlPFC与其他抑郁相关脑区间的因果联系。   

(2)探查rTMS抗抑郁疗法对于异常脑区连接的影响。      

我们假设对于左侧dlPFC10Hz rTMS能诱发dlPFC中刺激部位的连通性变化,在对静息态fMRITMS/EEG的异常模式进行调整后,能够反映出上述变化;并且这些变化的强度能够预测、追踪临床效果。总之,结果表明,10Hz dlPFCrTMS能够对抑郁症产生长时效、临床相关的神经调节作用,这可能部分与从dlPFC杏仁核的自上而下的控制加强有关。

 

材料与方法

被试       

初始被试共有85位重度抑郁症患者,经过下述标准筛查后,36位患者同意参与本研究,并获得斯坦福大学机构审查委员会的批准(见表S1)。此外,28位健康对照被试同意进行与抑郁症患者获得治疗前相同的实验程序(健康被试不参与再测)。所有抑郁患者年龄介于1850岁间,右利手,符合DSM-4对于抑郁症的诊断标准。抑郁患者在治疗开始前两周无服用药物。为限制安慰剂反应率,从而减少假性rTMS激活对照,又不增加抗治疗人数,纳入标准允许一次抗抑郁试验失败,但失败次数不得大于3次。排除标准包括:进行MRI的禁止条件(如体内金属);曾失去意识的头部创伤史,这可能降低癫痫发作阈值;癫痫发作史;神经或不可控疾病史;活性物质滥用;精神障碍或双相情感障碍;以及ECTrTMS失败史。患者可共病焦虑症(但非创伤性应激障碍),若患者符合终生双相情感障碍、物质依赖或精神分裂症的标准也被剔除。我们分别在治疗前(第一天)、治疗中(第十天)及治疗后(第二十天)使用汉密尔顿抑郁评估量表(HamD对患者抑郁症状进行评测。健康被试无使用药物,且不满足任何一项精神障碍诊断标准。      

关于静息态fMRI连通性检测,在剔除不符合标准数据后,试验纳入28名健康对照被试和31名抑郁症被试(18例完全主动rTMS, 13例完全假性rTMS)       关于单脉冲TMS/EEG部分,刺激传递到治疗部位(治疗刺激点位位于额顶叶控制网络FPCN的左侧dlPFC部分,如下图所示)。右侧刺激点位比左侧dlPFC同源点位更靠前(基于它是腹侧注意网络VAN的一个成分),或初级视觉皮层(V1)FPCN刺激分析包括17名健康控制被试与26名抑郁症患者(16例真刺激,10例假刺激)的rTMS疗法前后测。由于VANV1刺激条件作为一种对比,可以帮助深入理解FPCNdlPFC在治疗前后变化,因此试验分析仅包括主动激活rTMS的患者数据(12例患者的右侧FPCN dlPFC10例患者的左侧VAN dlPFC,以及15例患者的V1)。      

关于TMS/fMRI前测成分,21名健康被试(HCs)与20名抑郁患者接受了FPCNVAN dlPFC位点的刺激。      

不同研究成分和刺激点位的样本差别反映了刺激有效性、被试有效性和数据质量等因素。

 

随机化、目标与假性控制       

本研究主要目的是探查rTMS的神经机制,而非论证主动与假性rTMS临床结果的区别,对比二者的神经影像学研究经常动机不足,因为多个随机试验已证实了假性rTMS的临床效果。所以,为最大化锁定预测或追踪神经信号的可能性,相比假性rTMS组,我们在真rTMS组别中纳入了更多被试。具体做法是,患者以2:1的比例被随机分入积极或假性rTMS治疗中,实验设计采用双盲假性对照。为最大化双盲假性对照设计的效度,我们采用:    

1)一个TMS方向传感线圈用来提醒操作者,是否正确操作(真刺激vs.伪刺激);    

2)放置在线圈下的电极通过作用于头皮的低强度电刺激来激活伪刺激。这一电刺激假性对照方法的有效性,曾在一篇多点位经颅刺激治疗的研究中得到过证实。(见原文参考文献)     

 研究使用Brainsight无框架立体定向神经导航软件处理分层扫描采集到的高分辨率T1加权解剖学成像,为每位被试定位TMS/fMRITMS/EEGrTMS治疗中的经颅磁刺激部位。进而以鼻窦和双侧耳屏为基准标记,标准化头部位置,在每位被试的自然空间解剖图像中识别头皮的TMS靶点位置。

rTMS 治疗        

两种rTMS均使用 MagVenture X100 经颅磁电刺激器和液冷B65 A/P蝶形线圈(MagVenture)操作。rTMS拟包含每日左侧dlPFC刺激,由410Hz训练与26秒休息组成,重复37.5分钟(3000次脉冲)。在每个受试者静息运动阈值的120%处进行刺激,该阈值被认为刺激强度最小阈值,在被试左侧初级运动皮层被刺激的情况下,该阈值的刺激可诱发至少50%可见手指运动。假性rTMS治疗则是通过快速翻转TMS线圈与头皮电刺激模仿rTMS

后测        

rTMS结束24小时后,进行临床后测评估,使用静息态fMRITMS/EEG范式与治疗前数据对比。

 

1.实验设计.健康被试(HCs)与重度抑郁症患者(MDD)入组并接受静息态fMRI基线,同步TMS/EEG,同步TMS/fMRI检测,以及临床评估。之后患者随机分配参与双盲rTMS和假性对照实验,主要为每日10Hz针对左侧dlPFC的有效或伪刺激。治疗后至少24小时,患者还需进行静息态fMRI、同步TMS/EEG和临床评估的治疗后测。

静息态fMRI-功能连接分析        

为接近刺激的有效区域,我们围绕被试的刺激坐标,生成了一个12mm的感兴趣区域(ROI)。如前文所述,该锥形ROI由半径为247912mm球体连接而成,都集中在刺激部位。目的是模仿TMS随距离产生的衰退效果,ROI刺激点周围2mm内权重为12-4mm间权重为0.84-6mm间权重为0.6,以此类推。然后将锥体制作成mask,以排除脑外体素干扰。为获取静息态下连接的单一估值,我们计算了每位患者ROI刺激点位的全脑功能连接。我们使用Martuzzi等人提出的全脑功能连接计算方法,即平均mask内每一体素与其他体素BOLD时间序列的相关值的平方。该方法可平均分配正负相关权重(如,高负性相关会增加全脑连通性得分)。这一方法近期得到大量关于神经生理疾病研究的验证,并被证实用于识别前额叶异常连接格外有效。      

为验证该指标在本研究样本中的重测信度,我们还计算了假性对照组治疗前后个体内和个体间的变异性。我们发现个体间变异显著更小(t11=-3.7p=0.0036),显示了良好信度。最后,为了确保试验结果的特异性,我们还计算了其他10个随机选择的前额叶种子点的全脑连接,每个种子点都有同上所述的12mm的圆锥体。      

在计算完全脑功能连接后,我们使用相同的锥形ROI展开后续的配对连接分析,以生成每位被试的种子点-体素相关图。这一步骤使我们能够探查刺激点位与其他脑区间的静息态功能连接,从而看到哪个脑区有助于dlPFC中全脑功能连接的变化。不仅使用探索性全脑分析,我们也使用了一个包含双侧内侧和外侧前额叶皮质、前扣带、杏仁核和扣膜的mask,对大脑连接性进行评估。mask在先前的研究中被认为包含与抑郁和TMS反应有关的额颞叶结构。

同步TMS/EEG        

为了评估rTMS治疗前后大脑兴奋度的因果模式,我们进行了同步TMS/EEG映射(N = 16有效rTMS, 12假性对照rTMS,共28)。单一TMS脉冲被传送至四个皮层靶点:双边FPCNdlPFC点位;注意网络(VAN)左侧前中回的dlPFC;初级视觉皮层(V1)。      

TMS单一脉冲作用时,同步记录EEG数据。所有电极的阻抗保持在5 kohm以下,EEG数据以2048Hz采样,以最小化刺激伪迹的持续时间。鼻尖作为参考。

 

同步TMS/fMRI

为研究静息态fMRI分析中显示的脑区下游影响的标准模式,以说明治疗相关脑区变化,一组抑郁症患者(N=20)与配对健康对照组(N=21)按拟定流程接受了同步TMS/fMRI扫描。使用MagVenture MR-磁共振 MRI-B91,将单一脉冲作用于FPCNVAN的左侧dlPFC节点,量化比较下游fMRIBOLD反应。刺激强度为每位被试静态运动阈限的120%。传送70 TMS脉冲5分钟,每2.4秒一次的七次交替刺激组成10个单元。使用静息fMRI获取磁共振参数,在2秒内完成单个全脑容量的成像,然后扫描仪暂停0.4秒,在此期间可以发送刺激脉冲,每一TMS单元时长16.8秒。我们采用这种交叉聚类方法,以避免在TMS脉冲作用同时获得的fMRI数据被破坏。每一TMS单元时长16.8秒。

 

结果

临床结果       

根据汉密尔顿抑郁量表显示,rTMS组内抑郁症状明显改善(时间效果;F(1,33)=26.4, p < 0.001)。每一治疗组中,5位患者被归为临床应答者(50%临床症状减少,rTMS中有27%,伪刺激rTMS38%)。与预期效果一致,由于我们以多通道机制为主的实验设计样本量的关系,几个治疗组别无显著临床差别。

 

静息态fMRI连接

我们首先采用线性混合模型,检测rTMS治疗是否改变了dlPFC刺激点位的全脑功能连接。结果显示存在显著治疗的组别*时间交互作用(F(1,52) = 6.54, p = 0.013, Cohen’s d = 0.46, N = 31 2ab)。这一交互作用由rTMS中全脑功能连接的增加导致(posthoc pairwise test, F(1,28) = 7.28, p = 0.012,Cohen’s d = 0.75, N = 18),但在假性对照组中无连接变化(posthoc pairwise test, F(1,27) = 0.44, p = 0.51,Cohen’s d = 0.29, N = 13)。由rTMS诱发的连通性变化使得抑郁症患者总体上更接近健康被试的脑区连接模式。

关于空间特异性对照,我们分析了另外10个随机选择的前额叶种子点的全脑功能连接,rTMS并未对这些种子点直接靶向定位。当我们将这10个种子点与刺激点位连接起来时,发现了受刺激部位强双向交互作用驱动的显著三向交互关系(种子点×组别×时间;F(43,420) = 2.16, p < 0.001)。而分别分析时,却无明显组别*时间交互关系p > 0.1)。

为进一步理解rTMS带来的dlPFC内连接变化,我们将每位患者的刺激点位生成种子点连接图,以检查抑郁症皮质边缘回路中的靶点(如内外侧额叶、岛叶和杏仁核)。结果揭示,双边杏仁核及对侧dlPFC均发生了明显连接变化(图2)。如上所述,rTMS诱发的变化促使抑郁症患者神经连接更趋近于对照组。值得注意的是,标准负性dlPFC -杏仁核连接仅在rTMS组治疗后才明显。

 

2有效rTMS调节左侧dlPFC刺激点位的神经连接,预测和追踪临床反应。

a 为每位被试确定左侧dlPFC刺激靶点,基于额顶控制网络(FPCN)位置。

b 治疗组别(有效刺激,伪刺激)*时间(前测,后测)的rTMS整体功能连接效果。

c 治疗组别*时间rTMS的功能连接,基于dlPFC刺激点到双侧杏仁核和右侧dlPFCrTMS治疗后的患者与健康对照已无显著差别,而这些患者在治疗前测中存在明显损伤。右侧dlPFC中,即使在治疗后,患者的连接持续增加。

d 更低的左侧dlPFC全脑功能连接基线能够预测rTMS中汉密尔顿量表得分变化,这里用基线中位数说明。

e 左侧dlPFC全脑功能连接的前后测变化与汉密尔顿得分变化相关。

      

接下来我们确定了dlPFC全脑功能连接是如何影响临床治疗结果的。在rTMS组,基线左侧dlPFC的全脑功能连接可预测临床结果,例如在前测中连接程度较低的患者,却在临床上有更大的改善(线性混合模型,全脑功能连接*时间作用,F(1,31) = 8.52, p = 0.007, Cohen’s d =1.59)。此外,前后测中神经连接的增加与汉密尔顿量表评分变化呈负相关,表明dlPFC全脑功能连接连接增加最多的rTMS组患者,其临床表现也得到最大改善。相反,刺激点位和杏仁核、右侧dlPFC间的连接则不能预测或追踪临床效果。假性对照rTMS组中,基线左侧dlPFC的全脑功能连接同样无法预测临床效果,连接变化与汉密尔顿量表得分不相关。但这些结果应更加细致谨慎地去解读。

 

TMS/EEG 结果

进一步,我们想要了解有效刺激与伪刺激rTMS的效果是否在TMS-evoked potentialTEP)上有区别,TEP是通过单一TMS脉冲检验脑区神经生理影响的工具(图3)。对TMS/EEG电位进行多重比较后,在线性混合模型分析中,只有p30(后经颅磁刺激脉冲25-35毫秒)表现出显著的治疗组×时间的交互作用(图3)。也就是,显著交互作用仅分别存在于左侧额叶和顶叶(图3)。额叶和顶叶中明显的p30变化也仅发生在rTMS组中,而非伪刺激组中。

如图3所示,有效rTMS而非伪刺激rTMS能够降低p30电位。对比健康被试p30反应发现,抑郁患者由rTMS带来的改变趋于p30 TEPs标准化,这在额叶与顶叶集群中相似。虽然有效rTMS组中,抑郁症患者额叶或顶叶集群的p30基线反应,没能通过线性混合模型预测临床变化的效果,但是前额叶p30反应在治疗中变化的数量,与症状变化规模相关。前额叶p30反应越少,临床改善便越多(r=0.72p=0.0025 3

 

3每日有效rTMS(非虚假对照rTMS)调节TMS/EEG p30 电位。

aTMS/EEG单一脉冲在rTMS与伪刺激rTMS中均作用于左侧dlPFC治疗部位。

b TEP轨迹示例

c 所有被试头皮TMS/EEG电位示意图。d 疗法的组别*时间交互作用仅显示在p30电位中(p<0.05,集群校正多次对比)。

d 该交互作用的-log(p-value)头皮电位图。

e d中额叶与顶叶的TEP时间序列,分为不同实验组。绿色箭头=额叶集群;蓝色箭头=顶叶集群;阴影竖线表示p30时间段。插图显示每组TEP0 - 50ms成分。

f 从显著的额顶集群中提取p30振幅,为每个治疗组绘制治疗前后的TEPs,同时也提取健康对照组(HC)中相同的p30振幅。误差线代表SEM

g 各治疗组主要效果产生时间的脑电图。

h 额叶集群p30振幅的前后差异,与临床症状的前后测差异(HamD)相关关系显示,p30改变程度与症状改善程度相关。

 

最后,我们通过比较rTMS后,左侧FPCN dlPFCp30 TEPs中的变化与右侧FPCN dlPFC、左侧VAN dlPFCV1刺激点位的变化,评估p30结果的点位特异性。我们假设,左侧FPCN dlPFC引发的脑网络变化,最有可能通过TMS/EEG在治疗部位(左侧FPCN)中体现。比较治疗点位和其他点位时,我们观察到明显的刺激*时间交互作用效果(图4),这说明rTMS带来的p30抑制效果只有在单脉冲作用治疗点位后才会产生。总之,rTMS能够抑制p30电位,而更好的抑制与更佳的临床效果相关。

 

4  rTMSp30抑制的部位特异性a FPCN vs. VAN. Top panelTMS/EEG刺激位置在左侧dlPFC,与FPCNVAN对应。刺激点位(FPCNVAN*时间(治疗前,治疗后)交互作用的脑区图(p < 0.05, cluster-corrected, linear mixed model). Middle panel:从点位*时间效应估计边际均值。Bottom panel:每个刺激点位的TEPs时间序列.误差线代表SEM.阴影竖线表示p30时间段.带绿色箭头柱表示来自额叶集群的结果;蓝色箭头表示顶叶集群,阴影竖线表示p30时间段.插图显示每组TEP 0-50ms成分.与左侧VAN dlPFC比较,我们观察到显著的刺激部位*时间的交互作用效应.

 b  a,是左右侧FPCN dlPFC刺激交互作用.  对比左右侧FPCN dlPFC时,我们发现了显著交互作用效应,

c a,是左侧FPCN dlPFCV1 刺激部位*时间交互作用.

 

TMS/fMRI 结果

 

5 rTMS治疗前,患者左侧dlPFC对杏仁核与对右侧dlPFC的抑制作用受到干扰。同步TMS/fMRIa 左侧FPCNdlPFC b 左侧VAN dlPFC 单一TMS脉冲的反应。TMSROI中提取,该ROI由静息态fMRI治疗组*时间交互作用效应定位,如图2c。左侧FPCN dlPFC刺激导致健康对照被试杏仁核抑制,但在抑郁症患者中,左侧VAN dlPFC刺激未见异常模式。对于右侧dlPFC ROI来说,抑郁患者得到激活,健康被试未见反应。

上述结果证明,dlPFC与具体下游脑区的神经连接可能是rTMS产生临床效果的基础。那么这些脑区是否也在抑郁症患者的dlPFC中表现异常?为了解决这个问题,我们借助同步TMS/fMRI的优势,检验杏仁核和右侧FPCN ROIs反应。我们再次使用左侧VAN dlPFC点位附近区域,作为空间特异性对照。线性混合模型揭示了刺激点位(FPCNVAN dlPFC)和被试组(健康与抑郁)的显著相关关系F=7.50p=0.007),但与ROI无其他相关(杏仁核与右侧dlPFC),这表明在ROI内也存在类似效应。但是,分别检测每个ROI区域的刺激点位*组别交互作用关系,我们发现在左侧杏仁核(F(1,39) = 5.34, p = 0.026),,右侧dlPFC(F(1,39) = 5.68, p= 0.022)中的显著效应,以及右侧杏仁核趋势(F(1,39) = 3.47, p =0.070)。在健康被试中,FPCN dlPFC刺激引发了杏仁核的负性fMRI反应(失活),右侧dlPFC无变化(图5)。相反,抑郁症患者杏仁核未表现失活,其dlPFC却异常激活。尽管靠近刺激点位,但是上述所有左侧VAN dlPFC刺激后的组间差异均不明显(图5b)。总之,同步TMS/fMRI说明对左侧FPCNdlPFC施加刺激,通常会使得杏仁核失活,但是该效果不存在抑郁症患者中。

讨论        

为了更好地理解rTMS疗法是如何调节抑郁症中大脑活动的,我们进行了一项随机、假性控制、关注作用机制的临床试验,使用电生理学、神经影像学和rTMS前后的临床变化进行测量,研究结果如下:

1)相比伪刺激,有效rTMS增强了dlPFC静息态fMRI中的整体连通性,诱发产生在基线中未表现出的双边杏仁核负性连接,通过全脑功能连接,我们可以预测和追踪临床变化程度;   

2)相比伪刺激,有效rTMS抑制了早期TMS激活电位(电位代表皮层抑制,因此表明,rTMS治疗后皮层抑制的减少),位于左侧前额叶和顶叶皮层信号的变化可追踪临床变化程度;   

3)在同步TMS/fMRI下,将单一TMS脉冲作用在dlPFC,抑郁症患者未表现出对杏仁核活动的正常抑制。总而言之,这些结果表明,rTMS可产生长时神经调节效果,其特点是降低被认为是局部皮层抑制的电生理指标,恢复了正常的负性dlPFC -杏仁核连接。在解读结果时,我们应考虑到本研究尚存的局限,如小样本,高安慰剂效应比率使得我们很难辨别TMS特异性与非特异性因素,缺少有效刺激/伪刺激治疗组的区分,伪刺激rTMS可能亦存在有效成分的事实,缺乏更复杂的临床样本的普遍适用性(比如rTMS与评估均在实验室条件下,患者无药物服用背景,而在临床情景中,患者常同步使用药物),定位TMS靶点的方法,设备故障使我们无法直接具体验证前期假设,以及其他关于TMS/EEGfMRI信号背后的生理机制等问题。      

10Hz rTMS可能能够减少前额叶皮层内抑制,而通过LTP增强兴奋度常被认为是rTMS产生效果的基础,本研究证据表明,rTMS可能是通过减少前额叶皮层内抑制,改善临床抑郁症状的。事实上,rTMS的动物实验认为,该疗法可降低神经元间的活性,减少视觉诱发活动中常见的抑制痕迹。我们发现,10Hz前额叶颅内电刺激可抑制人体颅内p30激活反应。这些研究与本文TMS/EEG结果一致,即rTMS可针对性地抑制受刺激网络中的p30反应。我们观察到,尤其是早期电位变化,刺激部位和治疗分组,所有这些均可控制TMS效果的非特异性。由于其他TMS/EEG电位的神经生理机制比p30更清晰,因此p30的减少可能反映出GABA-Aergic抑制的降低。各层电刺激,人体药理学控制和配对脉冲经颅磁刺激实验均与GABA-Aergic活动有关。      

因此,rTMS可能通过减少前额叶皮层内抑制而非LTP,诱导神经发育。未来的研究可在大样本基础上验证本研究结果,也可将人类p30结果与动物模型和药理探索联系起来,以阐释关键机制。

 

dlPFC-杏仁核连接变化

使用静息态fMRI检测长程连接变化,我们发现有效rTMS能够增强dlPFC全脑功能连接,随之增强dlPFC-杏仁核的负性连接。因此,研究中EEG结果可能意味着dlPFC附近局部抑制的减少,fMRI结果可能表明,由dlPFC到杏仁核的抑制增加。换句话说,如果该结果在未来研究中得到证实,那么rTMS能够增强dlPFC对其他脑区进行自上而下控制的能力,特别是杏仁核。      

fMRI结果一致,我们发现,在对左侧dlPFC施加单一TMS脉冲后,健康对照被试左侧杏仁核失活比抑郁被试更加明显。患者杏仁核没有失活,可能有几种情境,包括特异表达的dlPFC-杏仁核耦合,由dlPFC控制的杏仁核激活高基线水平没能有效降低,或是控制机制的转换,如杏仁核从根本上被患者不同的脑区影响等。其他脑区也可能调节功能性连接,而这些脑区可能是解释患者与健康对照差异的基础。

一些研究认为,重度抑郁(MDD)改变了dlPFC-杏仁核连接,而rTMS可使连接模式标准化,这与我们研究结果一致。前文已说明,rTMS可降低FPCN的超连接,并诱发更强的 dlPFC-DMN 负性连接。已有研究并未设置假性对照实验,所以很难将rTMS效果与伪刺激区分开来。这里我们发现了dlPFC-杏仁核连接改变在有效和伪刺激rTMS中的区别。该疗法增强了两点间的负性连接。未来应进行更多的假性对照研究,以证实本研究结果,并探索认知和情绪功能结果。我们无法重复已有实验,这表明,rTMS弱化了dlPFC和膝下扣带回间的连接。

 

预测与追踪rTMS的临床反应     

不论以EEG为基础的p30还是fMRI为基础的整体连通指标,均与HamD量表变化有关。在基线上具有更低dlPFC全脑功能连接的抑郁患者,在rTMS后改善程度更大。此外,fMRI全脑功能连接或p30抑制作用增强越多,临床症状也得到更佳的改善。但是,这些相关关系仅在一小部分对rTMS反应良好的患者身上体现。有趣的是,尽管基准全脑功能连接预测了临床反应,基准dlPFC-杏仁核连接却没有,这说明,有些临床改善可能与其他脑区连接增强有关。另外,值得注意的是,rTMS组中具体的fMRITMS/EEG结果不相关,而有效刺激与伪刺激rTMS具有相似的临床效果。这可能反映了伪刺激组的小样本量,或是rTMS神经生理效果并非直接与临床效果相关。最后,本研究在主要组别*时间的脑功能分析中,呈现了中等水平的效果。因此,我们应谨慎解读分析结果,特别是那些关于大脑-临床改善关系的个体间差异研究。未来需要大量本研究,来证实这些大脑-症状关系的外部效度,并探索假性对照组反应的神经基础。为确定脑网络异常连接的原因,还应采用TMS/fMRI分别测量有效刺激vs伪刺激在治疗前后的差异。


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第二十届脑电数据处理中级班(重庆3.7-12)
第二十九届磁共振脑影像基础班(南京3.15-20)
第十五届磁共振脑网络数据处理班(南京4.13-18)
第十届脑影像机器学习班(南京3.3-8)
第六届小动物磁共振脑影像数据处理班(3.27-4.1)
第十二届磁共振弥散张量成像数据处理班(南京3.21-26)
第九届磁共振脑影像结构班(南京2.26-3.2)
第八届脑电数据处理入门班(南京3.9-14)
第七届眼动数据处理班(南京4.9-13)
第七届近红外脑功能数据处理班(上海4.2-7)

思影数据处理业务一:功能磁共振(fMRI)
思影数据处理业务二:结构磁共振成像(sMRI)与DTI
思影数据处理业务三:ASL数据处理
思影数据处理业务四:EEG/ERP数据处理
思影数据处理服务五:近红外脑功能数据处理
思影数据处理服务六:脑磁图(MEG)数据处理

招聘:脑影像数据处理工程师(重庆&南京)

BIOSEMI脑电系统介绍