Gehirn-Netzwerke im TMS für kombinierte PTBS und Major Depression

Grundlagenforschung zur TMS-Therapie bei kombinierter Depression und Trauma.

Alles, was wir tun, jeder Gedanke, den wir jemals hatten, wird vom menschlichen Gehirn produziert. Aber genau wie es funktioniert, bleibt eines der größten ungelösten Geheimnisse, und je mehr wir seine Geheimnisse erforschen, desto mehr Überraschungen finden wir.

-Neil deGrasse Tyson

Transkranielle Magnetstimulation (TMS) verwendet wiederholte starke magnetische Impulse, um die Aktivitäten von Neuronen zu verändern. TMS gibt uns die Möglichkeit, die Gehirnaktivität hochgradig selektiv zu beeinflussen und so ein beispielloses Maß an Kontrolle darüber zu ermöglichen, wie unser Verstand funktioniert – für klinische und andere Anwendungen (zB forensische, Leistungssteigerung usw.).

Wenn TMS über den Schädel auf verschiedene Bereiche des Cortex des Gehirns aufgebracht wird, kann dies unterschiedliche Auswirkungen haben. Die Wirkung des TMS hängt davon ab, welche Bereiche betroffen sind, einschließlich der Tiefe im Gehirn, ob die Stimulation verwendet wird, um Aktivität in diesem Bereich zu erhöhen oder zu unterdrücken, und wie sich die Aktivität in diesem Gehirnbereich auf die Gesamtfunktion des Gehirns auswirkt die subjektive Erfahrung des Individuums. Da die TMS-Therapie in den USA seit 2008 offiziell zur Behandlung von schwerer depressiver Störung eingesetzt wird, die auf mindestens eine Medikation nicht anspricht, wird der zukünftige Einsatz von TMS (und verwandten Neuromodulationstechniken wie transkranielle Gleichstromstimulation, tDCS ) wird davon abhängen, ein differenzierteres Verständnis der Funktionsweise des Gehirns zu entwickeln.

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Indem Neuronen gezwungen werden, mit einem sich bewegenden Magnetfeld zu feuern, um elektrische Ladung in den Zellen selbst zu pushen, kann die Gesamtaktivität des Gehirns in einigen Fällen von einem Zustand in einen anderen verschoben werden. So ist es möglich, das Gehirn von einem depressiven zu einem gesunden Muster zu verschieben oder Muster der gestörten Wahrnehmung oder Emotionsverarbeitung in PTBS zu verschieben, um die richtige Funktion wiederherzustellen oder Aktivität in motorischen Bereichen im Gehirn zu verlangsamen, um hyperaktive Schaltkreise bei Zwanghaftigkeit zu stören Störung, oder reduzieren Sie Aktivität im auditorischen Kortex, um Halluzinationen zu unterdrücken, und so weiter. Das Verständnis des Gehirns aus Sicht des Netzwerkes liefert die Informationen, die benötigt werden, um bessere Behandlungsprotokolle zu entwerfen und genauere Modelle und Sims zu erstellen.

Herkömmlicherweise hat sich die Gehirnfunktion mit der Biologie und Elektrophysiologie von Neuronen beschäftigt und anatomische Studien mit grundlegenden Bildgebungsverfahren verwendet, um zu bestimmen, ob es Unterschiede in der Größe in verschiedenen Teilen des Gehirns oder Unterschiede in der Aktivität oder Pathologie in Neuronen gibt und so weiter. Angesichts des Eindringens der Systemtheorie und der damit verbundenen mathematischen Modellierung in alle Bereiche und neurowissenschaftlichen engen Beziehungen zu Mathematik und Psychologie hat die Anwendung der Netzwerktheorie zum Verständnis des Funktionierens des Gehirns begonnen, die Lücke zwischen Geist und Gehirn zu schließen. Fortschritte in der funktionellen bildgebenden Verfahren und mathematische Modellierung ermöglichen ein tieferes Fenster in nicht nur, wie das Gehirn funktioniert, sondern wie das Gehirn funktionieren soll, wie es sollte (wenn eine klare Funktion und Dysfunktion), wenn das System ist als pathologisch angesehen. Bereits in einem frühen Stadium der Entwicklung, Neuromodulation Tech wie TMS gibt Kliniker die Macht, direkt zu versuchen, pathologische Hirnaktivität zu korrigieren.

Die vorliegende Studie ist für das Sammeln von Daten zur klinischen Reaktion und Netzwerkauswirkungen der Verwendung von TMS zur Behandlung von Patienten mit Major Depressive Disorder und PTSD von Bedeutung. Frühe Studien in jedem Bereich tendieren dazu, vereinfachte Situationen zu betrachten, und TMS-Studien haben sich hauptsächlich mit Personen mit der einen oder anderen Bedingung befasst, wobei Menschen mit mehr als einer Erkrankung aus Studien ausgeschlossen wurden. Da PTBS und Depressionen häufig komorbid sind, ist diese Studie relevanter für die Arbeit mit tatsächlichen klinischen Populationen, in denen Menschen oft zwei oder mehr gleichzeitig auftretende medizinisch-psychiatrische Erkrankungen haben. Depressionen und PTBS treten häufiger in vielen Gruppen auf, einschließlich solcher mit frühen Widrigkeiten und höherem Stress im späteren Leben. Wir möchten wissen, welches TMS-Protokoll für welche Patienten am besten geeignet ist, und dies erfordert (unter anderem), TMS in verschiedenen Gruppen zu untersuchen. Während herkömmliche Behandlungen hilfreich sind, funktionieren sie für einen signifikanten Prozentsatz von Patienten überhaupt nicht und für andere arbeiten sie in einem begrenzten Ausmaß oder haben unerwünschte oder inakzeptable Nebenwirkungen. Um diesem Mangel an Wirksamkeit entgegenzuwirken, sind neue Behandlungen erforderlich.

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Gehirn Netzwerke

Es gibt ein paar Dinge zu wissen, bevor Sie die Studie verstehen, die sehr detailliert geht. Zu allererst, worüber reden wir, “Brain Networks”? Es gibt mehrere Gehirnnetzwerke, aber drei von besonderem Interesse sowohl an PTSD als auch an Depression sind das Executive Control Network (ECN), das Salience-Netzwerk und das Standardmodus-Netzwerk. Alle Gehirnnetzwerke repräsentieren Aktivität zwischen miteinander verbundenen physischen Regionen des Gehirns, die in einem komplizierten Tanz in einem konstanten Aktivitätsfluss feuern. Netzwerke sind als solche keine spezifischen Hirnareale, sondern ein Funktionscluster von verbundenen Regionen, die mit der Hardware eines Computernetzwerks verwandt sind.

Das ECN leitet das Gehirn und reguliert Emotionen, das Salienz-Netzwerk ermittelt, was wir intern und extern wahrnehmen, und das Standard-Modus-Netzwerk ist der Ruhezustand des Gehirns. Es wurde festgestellt, dass sie sowohl bei Depressionen als auch bei PTSD auf unterschiedliche Weise verändert sind, mit einer langen Liste von beobachteten Veränderungen in verschiedenen Hirnregionen und manchmal verwirrenden oder widersprüchlichen Ergebnissen. Die funktionelle Bildgebung ermöglicht es Forschern, die Netzwerkaktivitäten des Gehirns zu betrachten und ein Bild davon zu erstellen, wie die Netzwerke unter verschiedenen klinischen Bedingungen aussehen. Vor und nach der Behandlung werden die Bilder mit gesunden Gehirnnetzwerken verglichen, um herauszufinden, was im Gehirn als Ergebnis der Intervention passiert ist .

Die aktuelle Studie

Basierend auf früheren Forschungen und Theorien verwendeten Philip, Barredo, Wout-Frank, Tyrka, Price und Carpenter (2018) TMS, um den rechten dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) mit einer Frequenz von 5 Pulsen pro Sekunde im Verlauf einer Sitzung zu behandeln (üblicherweise 30-40 Minuten), die insgesamt 3000-4000 Pulse in getrennten Pulserfolgen liefern, die jeweils einige Sekunden lang sind. Stellen Sie sich vor, ein langsamer Specht klopft alle paar Minuten ein paar Mal an und aus. Jeder Patient hatte im Laufe von mehreren Wochen etwa 36 Sitzungen. Die DLPFC ist eine Standardbehandlungsstelle für Depression und ist ein wichtiger Bestandteil des ECN, von dem gezeigt wurde, dass er sowohl bei PTBS als auch bei Depressionen eine abnormal niedrige Aktivität aufweist. Wenn das ECN beispielsweise nicht stark genug ist, kann es das Salienz-Netzwerk nicht von der Fixierung auf Negative zu positiveren, vorausschauenden Ansichten verlagern, was anhaltende Probleme verursacht. Ein wichtiger Zweck der Studie war die Entwicklung von Prädiktoren für das Ansprechen auf die Behandlung, um zukünftige Behandlungen zu leiten, da kombinierte PTBS und schwere Depression schwierig zu behandeln sind, was zu chronischem Leiden für zu viele führt.

Sie behandelten insgesamt 26 Personen (39,3 Prozent Frauen, Durchschnittsalter 51 Jahre), die diagnostische Kriterien für beide Bedingungen erfüllten. Sie waren depressiv und hatten PTSD vor allem durch körperliche Übergriffe, sexuelle Übergriffe und Missbrauch sowie durch Autounfälle. Die Forscher sammelten vor und nach der Bildgebung des Gehirns mit funktionellen MRT, sowie Daten über die klinische Reaktion. Sie untersuchten die Unterschiede zwischen den anatomischen Regionen und berechneten die Veränderungen der Konnektivität. Die Ergebnisse sind sehr detailliert, aber die wichtigsten Ergebnisse fallen auf.

Ergebnisse

Ein Drittel der Teilnehmer mit sowohl PTBS als auch Depression erfüllte Kriterien für eine signifikante klinische Reaktion, gemessen anhand von Standardskalen (PCL und IDS-SR, für PTBS bzw. Depression). Dies ist niedriger als für jede Bedingung allein, aber nicht überraschend angesichts der größeren Schwere der Krankheit und der Geschichte der schlechten Reaktion auf vorherige Behandlungen. Für jemanden, der auf frühere Standardbehandlungen (in der Regel psychiatrische Medikation und Psychotherapie) nicht reagiert hat, kann TMS eine wesentliche Erleichterung für eine signifikante Fraktion bieten, ohne dass ein hohes Risiko für schwerwiegende Nebenwirkungen besteht. Eine moderate Verbesserung der chronischen Krankheitslast kann zu einer erheblichen Steigerung der Lebensqualität und Funktion führen.

Unter Verwendung ihres netzwerkbasierten Ansatzes stellten sie fest, dass ein Schlüsselbereich mit abnormaler Aktivität unter vielen Bedingungen, einschließlich der in dieser Studie behandelten, der subgenuale anteriore cinguläre Kortex (sgACC) ist. Sie fanden heraus, dass eine veränderte Konnektivität des sgACC innerhalb des DMN (Default Mode Network) eine vorhergesagte Reaktion auf TMS in dieser Gruppe vorhersagte. Der sgACC ist ein hochgradig verbundener Knoten, der in vielen Gehirnfunktionen wichtig ist, Angstreaktionen steuernd, die zu adaptiven oder maladaptiven Reaktionen auf Bedrohung führen, Emotionen unterdrücken, die notwendig sind, um in persönlichen und sozialen Sphären zu funktionieren und Belohnungsschaltkreise zu steuern, Motivation zu motivieren und entsprechendes Ziel zu erreichen -directed Verhalten, oder führen zu übermäßige, manische Aktivität, wenn zu aktiv (Drevets et al., 2009).

Die TMS-Antwort wurde auch durch eine erhöhte Konnektivität zwischen dem präfrontalen Kortex (dem PFC, einem breiten anatomischen Bereich, der Komponenten des ausführenden Netzwerks enthält) und der Amygdala, die für starke Emotionen und Angstreaktionen auf Bedrohung wichtig ist, vorhergesagt. Die Amygdala ist eng mit der Regulation des Hippocampus verbunden, der in Erinnerung, Erzählungen und dem Platzieren von Erfahrungen in dem entsprechenden Kontext involviert ist, um eine Meinungsverschiedenheit zwischen inneren Erfahrungen und äußerer Realität zu vermeiden. Die PFC besteht aus Unterregionen und verschiedene Bereiche können unterschiedlich mit der Amygdala verbunden sein. Bereiche des PFC dienen verschiedenen Funktionen, und eine übermäßige Verbindung mit Angstzentren würde zu unterschiedlichen Symptomen führen, je nachdem in welchen Bereichen.

In ihrer Diskussion berichten die Autoren der Studie, dass “die vorliegenden Ergebnisse einen Zusammenhang zwischen dem Grad der Netzwerkpathologie und dem Behandlungsergebnis und einer” gesünderen “Signatur der Netzwerkkonnektivität (gekennzeichnet durch eine weniger hyperverbundene DMN und größere PFC-Amygdala) nahelegen Konnektivität) prognostizierte TMS – Antwort. “Patienten mit geringer Konnektivität zwischen Schlüsselbereichen des PFC und der Amygdala reagieren möglicherweise nicht gut auf TMS, da der Pfad zwischen dem Kortex und der tieferen Hirnregion für Stimulation verfügbar sein muss, um die Aktivität zu steigern die gezielten Netzwerke. Patienten, die TMS in Betracht ziehen, könnten zuerst für die Netzwerkaktivität abgebildet werden. Im Prinzip könnten diejenigen mit intakter Anatomie im Prinzip in TMS-Responder umgewandelt werden, indem sie mit einem anderen Neuromodulationsansatz, wie tDCS, oder möglicherweise anderen Therapeutika einschließlich Medikationsänderungen, Neurofeedback oder Psychotherapie vorbehandelt werden. Auf der anderen Seite, wenn vor dem TMS-Test körperliche Schäden, wie anatomische Läsionen wie traumatische Hirnverletzungen oder Pathologien von Autoimmun- oder neurodegenerativen Erkrankungen (zum Beispiel), auftraten, wäre es nicht möglich, die Konnektivität zu erhöhen, ohne den zugrundeliegenden Schaden anzugehen. Es ist möglich, sich vorzustellen, verschiedene Gehirnregionen zusammen mit Implantaten zu “patchen”, um beschädigte Bahnen mittels Mikrotechnologie zu kompensieren.

Vorhersage der Reaktion auf TMS

Für diejenigen, die in dieser Studie auf TMS ansprachen, gab es zwei Hauptmarker der klinischen Reaktion. Das erste TMS verringerte die Konnektivität zwischen dem sgACC und dem DMN (Standard-Modus-Netzwerk) und verminderte die Konnektivität zwischen dem Hippocampus und dem SN (Salienz-Netzwerk). Es gab auch Änderungen der sgACC-Konnektivität mit Bereichen des präfrontalen Kortex (PFC) einschließlich der medialen PFC und dorsolateralen PFC, beide wichtig für verschiedene Funktionen im Zusammenhang mit Depression und PTSD und als wichtig in früheren Untersuchungen gefunden. Obwohl es manchmal zu einfach ist, Beobachtungen an unsere Erwartungen anzupassen, machen diese Ergebnisse Sinn, da Menschen mit PTSD und Depressionen weniger auf Negative fixieren können (und daher eine größere kognitive Flexibilität und Neuroplastizität erfahren), wenn die sgACC uns nicht länger antreibt DMN), bei Problemen, die wir im Leerlauf haben, dysfunktional wiederkäuen.

Quelle: Philip et al., 2018

Ebenso würde man erwarten, dass ein verringerter sgACC-Input in den Hippocampus und SN Symptome sowohl von PTBS- als auch Depressionssymptomen lindern würde, indem sowohl eine bessere Kontextualisierung von Erfahrungen und Emotionen, eine verbesserte Gedächtnisfunktion, insbesondere positive oder negative Ansichten von sich selbst und anderen ermöglicht werden Fähigkeit, die Aufmerksamkeit von belastenden Gedanken oder negativen Erfahrungen in der Vergangenheit auf adaptivere und hilfreichere Überlegungen zu lenken. Veränderungen dieser Art parallel Verbesserung oder Erholung von Symptomen der Depression und PTSD, und darüber hinaus vertreten eine Normalisierung der breiten Muster der Gehirnaktivität mehr konsistent mit voller leben und effektiver arbeiten, sich selbst besser fühlen, und besser mit anderen auskommen .

Zukünftige Richtungen

TMS befindet sich noch in einem frühen Stadium seiner Entwicklung, obwohl es seit seiner FDA-Zulassung für Major Depression im Jahr 2008 in den USA zu einer Standardbehandlung geworden ist, während es verfeinert wird. Studien wie diese, die die TMS-Antwort und Prädiktoren untersuchen, werden helfen, die zukünftige klinische Praxis zu leiten und die Übersetzung neurowissenschaftlicher Forschung in Behandlungsprotokolle zu ermöglichen, die auf Netzwerke abzielen, die an Depression, PTBS und anderen Erkrankungen beteiligt sind. Weitere Möglichkeiten für die TMS-Entwicklung sind die Verwendung verschiedener Muster magnetischer Pulse, die Verwendung verschiedener Arten von Magnetspulen, um tiefere Bereiche des Gehirns zu erreichen, die Kombination von TMS mit anderen Ansätzen für bessere Reaktionen und die Behandlung mehrerer Gehirnregionen für eine größere Wirkung. resistente Patienten und solche, die ihnen nahe stehen.

TMS könnte eine bevorzugte Alternative für schwere behandlungsresistente Zustände werden, aber im Moment ist es ein vielversprechendes therapeutisches Werkzeug mit mäßiger Wirksamkeit, vergleichbar mit Medikamenten und Psychotherapie. Die Behandlung von Depressionen und PTSD bleibt eine Herausforderung und beinhaltet typischerweise einen vielschichtigen Behandlungsplan.

Verweise

Drevets WC, Savits J, Trimble M. (2008). Der subgenuale anteriore cinguläre Kortex bei Stimmungsstörungen. CNS-Spektren, Aug; 13 (8): 663-681.

Philip NS, Barredo J, van t Wout-Frank M, Tyrka AR, Price LH und Carmpenter LL. (2018). Netzwerkmechanismen der klinischen Reaktion auf transkranielle Magnetstimulation bei posttraumatischer Belastungsstörung und schwerer depressiver Störung. Biologische Psychiatrie, Feb; 83: 263-272.