個性化重復(fù)經(jīng)顱磁刺激可暫時改變健康受試者的默認模式網(wǎng)絡(luò)

1.研究背景

高頻重復(fù)經(jīng)顱磁刺激（HF-rTMS）應(yīng)用于左背外側(cè)前額葉皮質(zhì)（DLPFC）是治療難治性抑郁癥的有效方法，而在健康受試者中進行一整個療程HF-rTMS的潛在機制還沒有被描述。rTMS反應(yīng)存在很大的可變性，基于個體靜息狀態(tài)功能磁共振成像（rsfMRI）準確的腦靶向可以降低這種差異。獨立于抑郁相關(guān)癥狀學(xué)的混淆效應(yīng)，對健康人大腦中完整周期HF-rTMS的潛在神經(jīng)機制的進一步理解，將有助于更好地為未來對抑郁大腦及其治療的研究提供信息。

默認模式網(wǎng)絡(luò)（default mode network, DMN）是由內(nèi)側(cè)顳葉和外側(cè)顳葉、內(nèi)側(cè)前額葉皮層和內(nèi)側(cè)頂葉皮層和外側(cè)頂葉皮層組成的網(wǎng)絡(luò)，它與抑郁癥的病理生理學(xué)有關(guān)，它與亞屬前扣帶皮層（sgACC）的超連接已被報道在經(jīng)rTMS成功治療后正?；?。研究表明，sgACC與另一個網(wǎng)絡(luò)的功能連接增加了，該網(wǎng)絡(luò)包括背扣帶皮層、背內(nèi)側(cè)前額葉皮層、背外側(cè)前額葉皮層（DLPFC）、頂葉下小葉、額葉下皮層和后顳葉，但類似于DMN的網(wǎng)絡(luò)沒有變化。

在這里，我們通過個性化選擇DLPFC刺激位點，研究了HF-rTMS對健康志愿者（n=23）在多個時間窗的默認模式網(wǎng)絡(luò)(DMN)的影響。

2.研究方法

2.1 被試

我們招募了年齡在18-65歲之間的健康男性和女性受試者，共23名受試者（9名女性，平均年齡25.8±5.5歲），目前或以前沒有精神疾病，通過結(jié)構(gòu)化臨床訪談進行評估。

2.2 實驗流程

我們對健康受試者進行了雙盲（受試者和采訪者）、假對照、交叉研究。實驗為期3天，每次約間隔1周?；谝钟舭Y的靜息狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)病理生理學(xué)，我們假設(shè)單次HF-rTMS會引起DMN的變化，這可能與自我報告的情感行為變化和穩(wěn)定的傷害回避人格特質(zhì)有關(guān)。對于第2天和第3天的真實和虛假HF-rTMS，我們使用第1天的rsfMRI掃描來確定每個受試者的左側(cè)DLPFC的個性化靶點，使用一種新的選擇過程。

我們發(fā)送了10Hz的rTMS，為了進行假刺激，我們沿著線圈柄軸旋轉(zhuǎn)線圈180°，使線圈的刺激側(cè)遠離頭皮，刺激側(cè)與頭皮之間的距離大于5厘米。

圖1. 實驗設(shè)計。第1天，在結(jié)構(gòu)化臨床訪談(SCI)和獲得知情同意后，我們獲得了T1加權(quán)結(jié)構(gòu)圖像、rsfMRI和基于手指叩擊任務(wù)的fMRI。rsfMRI數(shù)據(jù)用于個性化目標選擇，然后通過在線神經(jīng)導(dǎo)航在T1結(jié)構(gòu)中識別個性化的刺激目標。rsfMRI會話之后是食指輕敲會話(當(dāng)出現(xiàn)綠色或紅色的點時，間歇的手指輕敲)，數(shù)據(jù)用于確定用于設(shè)置靜止運動閾值(RMT)的運動皮層位置

3.實驗結(jié)果

在一個完整的10Hz的rTMS（3000個脈沖）療程后，我們觀察到DMN與下顎前扣帶皮層（sgACC）以及腹側(cè)紋狀體（vStr）之間的功能連接下降。右側(cè)sgACC的下降幅度與氣質(zhì)和性格量表中的傷害回避域測量值呈負相關(guān)。此外，我們發(fā)現(xiàn)右側(cè)vStr與DMN刺激后的耦合強度與來自積極和消極情感量表的消極情緒自我報告的減少成正比。這表明HF-rTMS減弱了健康接受者的消極情緒感知，與患者的預(yù)期效果一致。

圖2. 從第1天到第2天目標之間的距離rsfMRI (n=24)和兩個示例受試者的電場建模。上圖:第1天rsfMRI的目標和第2天rsfMRI的目標之間的歐幾里德距離的柱狀圖。3名受試者距離大于20mm。下面板:從第1天和第2天rsfMRI數(shù)據(jù)對兩個目標的電場建模的定性描述?？焖儆^察就會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用任何一個目標時，電場的相似性

圖4. 只有在真正的HF-rTMS后，功能連通性才會下降(n=23)。(a)與R1相比，R2期間雙側(cè)sgACC (a1至a3)和vStr (a4)功能連接性下降。(b) R1和R2期間，實HF-rTMS后的默認模式網(wǎng)絡(luò)。(c) R1和期間偽HF-rTMS后的默認模式網(wǎng)絡(luò)R2

4.結(jié)論

我們的研究，通過對DLPFC刺激位點的個性化選擇，有助于理解重復(fù)性經(jīng)顱磁刺激（rTMS）的整個療程的影響，同時也有助于經(jīng)顱磁刺激被批準用于臨床治療健康志愿者的抑郁癥相關(guān)腦區(qū)。

5.參考文獻及DOI號

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