[논문 리뷰] Personalized rTMS for Depression: A Review

Juha Gogulski Jessica Ross, Ross, Jessica M.외 12명|arXiv (Cornell University)|2022. 06. 27.

Transcranial Magnetic Stimulation Studies인용 수 4

한 줄 요약

이 리뷰는 개인의 신경 해부학적 및 기능적 특성에 맞게 자극 파arameter(예: 표적 위치, 각도, 주파수, 강도, 패턴)를 최적화함으로써 치료에 내성인 우울증(TRD)의 치료 결과를 향상시키기 위해 개인 맞춤형 반복적 경두개자극(rTMS)을 지지한다. 현재의 표준화된 rTMS 프로토콜은 약 50%의 반응률에 그쳐 최적의 결과를 내지 못하며, 정밀 신경조절을 통해 임상적 효과를 높이기 위해 적응형, 피드백 기반, 개인 맞춤형 접근 방식을 제안한다.

ABSTRACT

Personalized treatments are gaining momentum across all fields of medicine. Precision medicine can be applied to neuromodulatory techniques, where focused brain stimulation treatments such as repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) are used to modulate brain circuits and alleviate clinical symptoms. rTMS is well-tolerated and clinically effective for treatment-resistant depression (TRD) and other neuropsychiatric disorders. However, despite its wide stimulation parameter space (location, angle, pattern, frequency, and intensity can be adjusted), rTMS is currently applied in a one-size-fits-all manner, potentially contributing to its suboptimal clinical response (~50%). In this review, we examine components of rTMS that can be optimized to account for inter-individual variability in neural function and anatomy. We discuss current treatment options for TRD, the neural mechanisms thought to underlie treatment, differences in FDA-cleared devices, targeting strategies, stimulation parameter selection, and adaptive closed-loop rTMS to improve treatment outcomes. We suggest that better understanding of the wide and modifiable parameter space of rTMS will greatly improve clinical outcome.

연구 동기 및 목표

• 표준 rTMS를 받는 치료에 내성인 우울증(TRD) 환자에서 관찰되는 부적절한 임상 반응(~50%)을 해결하기 위해.
• 개인의 신경 해부학적 및 기능적 특성에 맞게 조정 가능한 rTMS 파arameter(위치, 각도, 주파수, 강도, 패턴)를 특정하고 검토하기 위해.
• 개인 맞춤형 치료를 지원할 잠재력을 지닌 FDA 승인 rTMS 장치 및 표적 설정 전략을 평가하기 위해.
• 실시간 뇌 신호 피드백을 기반으로 자극을 동적으로 조정함으로써 치료 효과를 향상시키는 적응형 피드백 기반 rTMS 시스템의 잠재력을 검토하기 위해.
• 정신신경질환의 rTMS 치료에서 표준화된 접근에서 정밀의료 접근으로의 전환을 옹호하기 위해.

제안 방법

• 뇌 해부학 및 신경 회로의 개인적 변동성을 중심으로 한 우울증에 대한 rTMS 관련 기존 문헌에 대한 체계적 검토.
• 표적 위치(예: 전측두엽 전측부), 코ils의 각도, 주파수(고주파 대 저주파), 강도, 패턴(간헐적 대 연속적)을 포함한 rTMS 자극 파arameter 분석.
• 자기공명영상(MRI)을 이용한 신경내시경 기반 표적 설정 기법 평가로 자극의 정확도 향상.
• 실시간 EEG 또는 fMRI 피드백을 활용해 뇌 활동에 따라 자극을 조정하는 피드백 기반 rTMS 시스템 검토.
• FDA 승인 rTMS 장치 간의 코ils 설계, 자극 파aram터, 임상 적용 프로토콜의 차이를 비교 분석.
• 유산된 결과를 통합하여 개인의 신경 회로 및 기능적 연결성 평가를 기반으로 한 개인 맞춤형 rTMS 프레임워크 제안.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 치료에 내성인 우울증에서 뇌 해부학적 특성과 기능적 연결성의 개인적 차이를 어떻게 활용하여 rTMS 표적 설정을 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 개인별 환자에 맞게 조정된 rTMS 파arameter(주파수, 강도, 위치, 각도, 패턴) 중에서 어떤 것이 가장 효과적인가?
• RQ3 적응형 피드백 기반 rTMS 시스템이 전통적인 개방형 자극에 비해 임상 결과를 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 FDA 승인 rTMS 장치 간의 차이가 개인 맞춤형 치료 및 치료 효과에 미치는 영향은 어떠한가?
• RQ5 임상 실무에서 표준화된 프로토콜에서 개인 맞춤형 rTMS 프로토콜로 전환하는 데 있어 주요 장애 요인과 기회는 무엇인가?

주요 결과

• 현재 TRD 환자에게 적용되는 rTMS 프로토콜은 약 50%의 임상 반응률을 보이며, 이는 개인 맞춤형이 아닌 표준화된 접근 방식으로 인한 부적절한 결과를 시사한다.
• 특히 신경내시경 기반 정확한 표적 설정과 개인화된 자극 주파수 조절을 포함한 rTMS 파arameter의 개인 맞춤화는 개별 뇌 회로에 맞춰 자극을 제공함으로써 치료 반응률을 크게 향상시킬 수 있다.
• fMRI나 MRI를 활용한 영상 유도 rTMS는 표준적인 뇌 표면 기반 표적 설정보다 정밀도를 높이며, 더 나은 임상 결과를 이끌 수 있다.
• 실시간 뇌 활동 피드백(예: EEG)을 활용한 적응형 피드백 기반 rTMS 시스템은 치료 효과를 최적화하기 위해 자극을 동적으로 조정함으로써 잠재력을 보이고 있다.
• 코ils 설계, 자극 파aram터, 표적 설정 방법의 차이로 인해 FDA 승인 rTMS 장치 간에 다양성이 존재하며, 이는 개인 맞춤화에 있어 도전 과제이자 기회를 동시에 제공한다.
• rTMS의 광범위하고 조정 가능한 파aram터 공간은 체계적으로 최적화될 경우, 정신신경질환을 포함한 우울증의 임상 결과 향상에 큰 잠재력을 지닌다.