Krankheitsspezifische Oszillationen im limbischen System bei Patienten mit therapierefraktärer Depression

Abstract

Unser Verständnis über die Regulation von Emotionen in limbischen Hirnarealen wurde bisher hauptsächlich aus nicht-invasiven bildgebenden Verfahren gewonnen. Die Wiederentdeckung der funktionellen Neurochirurgie als therapeutisches Verfahren in der Behandlung psychiatrischer Erkrankungen wie der therapierefraktären Depression (TRD) ermöglicht durch Implantation von tiefen Hirnelektroden die perioperative Ableitung subkortikaler Nervenzellpopulationsaktivität. In dieser Studie untersuchen wir die Hypothese, dass charakteristische oszillatorische Muster lokaler Feldpotentiale (LFP) im menschlichen limbischen System die Symptomschwere der Depression reflektieren. Über die zur tiefen Hirnstimulation implantierten Elektroden wurden LFPs aus dem subgenualem cingulären Kortex bei 7 Patienten mit Depression (Brodmann Area 25; CG25; 7 TRD Patienten) und bei weiteren 7 Patienten mit Depression aus dem Nucleus striae terminalis (BNST, 7 TRD Patienten) abgeleitet und mit LFPs aus dem BNST von 5 Patienten mit Zwangsstörung verglichen. Im direkten Vergleich zeigten die Patienten mit Depression signifikant höhere oszillatorische Alpha-Aktivität im BNST (8-14 Hz;p<0.01) als Patienten mit Zwangserkrankung. Die im CG25 Zielgebiet operierten Depressionspatienten zeigten ein ähnliches oszillatorisches Muster wie die TRD-BNST Patienten. Die mittlere Alpha-Aktivität korrelierte signifikant mit den depressiven Symptomen der Patienten (Beck Depressions Inventar; n=14, r=0.55, p = 0.042), nicht aber mit den Symptomen der Zwangsstörung. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Alpha-Aktivität im limbischen System ein Korrelat der Symptomschwere bei Patienten mit Depression ist und als potentieller Biomarker für moderne Stimulationsverfahren wie der bedarfsgerechten (closed-loop) tiefen Hirnstimulation verwendet werden könnte.

The role of distinct limbic areas in emotion regulation has been largely inferred from neuroimaging studies. Recently, the opportunity for intracranial recordings from limbic areas has arisen in patients undergoing deep brain stimulation (DBS) for neuropsychiatric disorders including major depressive disorder (MDD) and obsessive compulsive disorder (OCD). Here we test the hypothesis that distinct temporal patterns of local field potential (LFP) activity in the human limbic system reflect disease state and symptom severity in MDD and OCD patients. To this end, we recorded LFPs via implanted DBS electrodes from the bed nucleus of stria terminalis (BNST area) in 12 patients (5 OCD, 7 MDD) and from the subgenual cingulate cortex in 7 MDD patients (CG25 area). We found a distinct pattern of oscillatory activity with significantly higher α-power in MDD compared with OCD in the BNST area (broad α-band 8–14 Hz; P = 0.01) and a similar level of α-activity in the CG25 area as in the BNST area in MDD patients. The mean α-power correlated with severity of depressive symptoms as assessed by the Beck depression inventory in MDD (n = 14, r = 0.55, P = 0.042) but not with severity of obsessive compulsive symptoms in OCD. Here we show larger α-band activity in MDD patients compared with OCD recorded from intracranial DBS targets. Our results suggest that α-activity in the limbic system may be a signature of symptom severity in MDD and may serve as a potential state biomarker for closed loop DBS in MDD.