Theta burst transcranial magnetic stimulation of fronto-parietal networks: Modulation by mental state

额顶叶网络的 Theta 爆发经颅磁刺激:精神状态的调节

基本信息

  • 批准号:
    9813336
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-08-01 至 2021-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract The recent growth of non-invasive brain stimulation has provided new technologies to probe neural function and treat diverse neuropsychiatric conditions, but much remains to be learned about how stimulation interacts with brain networks. We will address this question for transcranial magnetic stimulation (TMS), a powerful and flexible type of non-invasive brain stimulation that directly stimulates neurons and can induce persisting effects and neuroplastic changes which outlast the period of stimulation. We will examine a particular type of TMS, known as theta burst stimulation (TBS), which induces longer lasting effects than other forms of TMS, making TBS an important tool for therapeutic applications. While TBS provides relatively focal stimulation, effects on the brain occur through interconnected networks in ways that are poorly understood. Moreover, stimulation is highly state-dependent, and the use of TMS in most therapeutic settings, such as the treatment of depression, leaves mental state uncontrolled. Augmenting TMS by pairing it with psychological interventions is an attractive idea for improving therapeutic TMS, but the relevant knowledge base is sparse. To address this critical gap, this exploratory R21 proposal will examine the effects of TBS on specific brain networks and the interaction between TBS and mental state. We will test the broad hypothesis that when TBS is applied during a controlled mental state, network changes will be facilitated, compared to stimulation when mental state is uncontrolled. We will focus on the dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC) and the associated fronto- parietal network (FPN), which subserves cognitive control -- the ability to flexibly adapt and regulate behavior, an ability known to be impaired in neuropsychiatric conditions such as depression and dementia. We will use an ‘n-back’ task tapping cognitive control and the FPN. We will comprehensively assess brain activity with three functional magnetic resonance imaging (fMRI) modalities: blood oxygenation level-dependent (BOLD) activation will measure FPN activity with the n-back task, resting state BOLD fMRI will measure connectivity and resting state arterial spin labeling (ASL) MRI will measure cerebral perfusion. TBS will be applied to 40 healthy subjects in 3 conditions, each followed by an fMRI session. Analysis will utilize powerful within-subject comparisons. In Aim 1, we will show that persisting neural changes induced by TBS to the dlPFC, compared to TBS to the vertex, will affect the FPN. In Aim 2, we will demonstrate modulation of the effect of dlPFC TBS administered when subjects are performing the n-back task, compared to when their mental state is unconstrained. In Aim 3, we will test predictions that n-back performance will improve following TBS to dlPFC, but not to the cortical vertex, and will improve even more following TBS during n-back performance. Impact: Results will provide insights into the effect of TMS on the brain, identifying a network target manipulated by TBS and interacting with mental state. Demonstrated this interaction will lay critical groundwork for future studies to show how controlling mental state during TMS can improve therapeutic effects.
抽象的 最近非侵入性脑刺激的增长为探测神经功能的新技术提供了 并治疗潜水员的神经精神疾病,但有关刺激如何相互作用仍有许多待了解 与大脑网络。我们将解决这个问题以进行经颅磁刺激(TMS),这是一个强大的和 柔性类型的非侵入性大脑模拟,直接刺激神经元并诱导持续的效果 神经塑性变化超过了刺激时期。我们将检查特定类型的TMS, 被称为theta爆发刺激(TBS),它诱导的持久效应比其他形式的TMS,使得 TBS是治疗应用的重要工具。尽管TBS提供了相对局灶性刺激,但对 大脑通过相互联系的网络以知之甚少的方式发生。而且,刺激是 在大多数治疗环境中(例如抑郁症治疗) 使精神状态不受控制。通过将TM与心理干预配对来增强TMS是一个有吸引力的 改善治疗性TMS的想法,但是相关的知识基础很少。为了解决这个关键差距, 该探索性R21提案将检查TBS对特定大脑网络和 TBS与精神状态之间的相互作用。我们将测试当应用TBS时的广泛假设 在受控的心理状态期间,将准备网络变化,与刺激时相比 状态不受控制。我们将重点关注背侧前额叶皮层(DLPFC)和相关的额叶 - 顶网络(FPN),该网络巩固认知控制 - 灵活适应和调节行为的能力, 已知在抑郁症和痴呆等神经精神疾病中受损的能力。我们将使用 “ N-BACK”任务点击认知控制和FPN。我们将通过 三个功能磁共振成像(fMRI)方式:血液氧合水平依赖性(粗体) 激活将通过N-BACK任务测量FPN活动,静止状态BOLD FMRI将测量连接性 静息状态动脉自旋标记(ASL)MRI将测量脑灌注。 TBS将应用于40 在3个条件下的健康受试者,每个受试者随后进行fMRI会议。分析将利用强大的主体内部 比较。在AIM 1中,我们将表明,与TBS引起的DLPFC引起的持续性神经变化相比 到顶点的TBS将影响FPN。在AIM 2中,我们将演示DLPFC TBS效果的调节 当受试者执行N-BACK任务时,与他们的精神状态相比 不受限制。在AIM 3中,我们将测试预测,N-BACK性能将在TBS dlpfc之后提高, 但不适合皮质顶点,并且在N-BACK性能期间将改善更高的TBS。影响: 结果将为TMS对大脑的影响提供见解,确定由由 TBS并与精神状态互动。证明这种互动将为 未来的研究表明,在TMS期间控制精神状态如何可以改善治疗作用。

项目成果

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  • 通讯作者:
    Ivy F Tso

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