Reliability of subject-specific BOLD response to different TMS protocols in the DLPFC

Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) ist eine Methode zur nicht-invasiven Hirnstimulation. Sie wird häufig in der Forschung eingesetzt, um die Funktion bestimmter Hirnregionen zu untersuchen, sowie als Behandlung für therapieresistente psychiatrische Erkrankungen. In Kombination mit der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) können die unmittelbaren Auswirkungen der TMS anhand des BOLD-Kontrasts beobachtet werden. So lassen sich sowohl die Wirkung der Stimulation als auch die Rolle bestimmter Hirnareale besser verstehen. Während die Stabilität der BOLD-Antwort innerhalb einer einzelnen TMS-fMRT-Sitzung bereits untersucht wurde, ist wenig darüber bekannt, wie stabil diese Reaktionen über mehrere Tage hinweg sind. In dieser Studie haben wir daher getestet, wie konstant die durch unterschiedliche TMS-Protokolle ausgelösten Hirnaktivierungen über mehrere Sitzungen bleiben und wie stark sie zwischen Proband:innen sowie verschiedenen Stimulationsprotokollen variieren. Acht gesunde Proband:Innen wurden für diese Studie rekrutiert und nahmen an jeweils drei Messungen teil. Alle Messungen wurden an einem 3T Siemens PrismaFit MR-Scanner durchgeführt. In der ersten Sitzung wurden Ruhezustands-fMRT Messungen aufgenommen sowie der aktive Motorschwellwert bestimmt. Anschließend wurde eine probandenspezifische, durch das elektrische Feld bestimmte Intensität berechnet sowie ein Zielgebiet definiert. Dieses Zielgebiet wurde im linken dorsolateralen präfrontalen Kortex (dlPFC) auf der Grundlage von invers korrelierten Aktivierungen des subgenualen anterioren cingulären Kortex (sgACC) lokalisiert. Die beiden TMS-fMRT-Sitzungen fanden an getrennten Tagen statt. Jede Sitzung umfasste zwei Läufe mit entweder Einzelimpulsen oder 10-Hz-Tripletts, wobei die Reihenfolge zwischen den Sitzungen getauscht wurde. Pro Lauf wurden 30 Stimulationen in 8.5 min verabreicht. Die funktionellen Daten wurden anschließend auf Probanden- und Gruppenebene analysiert. Die Konstanz der Aktivierung über die Sitzungen hinweg wurde in funktionell definierten Hirnnetzwerken mithilfe von Pearson-Korrelationen der jeweiligen Effektgrößen untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Aktivierungsmuster innerhalb einer Person relativ stabil sind, sich jedoch stark zwischen verschiedenen Personen unterscheiden. Dies unterstreicht die Bedeutung individuell angepasster Stimulationsstrategien. Zudem zeigte sich, dass die Konsistenz der Aktivierungen zwischen Sitzungen bei Triplett-Stimulation deutlich höher war. Einzelimpulse scheinen hingegen weniger zuverlässige BOLD-Antworten zu erzeugen. Diese Effekte traten sowohl auf Netzwerkebene als auch im gesamten Gehirn auf. Die Ergebnisse zeigen, dass Triplett-Stimulation der Einzelpuls-Stimulation hinsichtlich der resultierenden BOLD-Antwort überlegen ist. Damit liefert diese Studie wichtige Hinweise darauf, wie sich TMS-induzierte Hirnantworten über die Zeit verändern und betonen die Relevanz individueller Unterschiede in der Konnektivität für die resultierende Aktivierung.