Continuous theta burst stimulation : effects of dorsolateral prefrontal cortex stimulation on emotional processing

Abstract

Εισαγωγή: Ο προμετωπιαίος φλοιός (DLPFC) παίζει βασικό ρόλο στον έλεγχο της επεξεργασίας συναισθηματικών ερεθισμάτων και αντιδράσεων. Ωστόσο, ο λειτουργικός ρόλος του PFC στη ρύθμιση νεύρο-φυσιολογικών μηχανισμών και μηχανισμών της προσοχής που αποτελούν βασικές λειτουργίες για την κωδικοποίηση των συναισθημάτων παραμένει σε μεγάλο βαθμό ασαφής. Ένας τρόπος για να διερευνήσουμε περισσότερο την εμπλοκή του PFC στη συναισθηματική επεξεργασία αποτελεί η καινοτόμα μέθοδος της Διακρανικής Μαγνητικής Διέγερσης (ΔΜΔ). Χρησιμοποιώντας ένα σχεδιασμό έρευνας που περιλάμβανε πραγματική αλλά και εικονική μαγνητική διέγερση (sham stimulation), οι ακόλουθες μελέτες διερεύνησαν την αποτελεσματικότητα της ανασταλτικής συνεχής διέγερσης έκρηξης θήτα (cTBS) στο να επηρεάσει τρεις μηχανισμούς που σχετίζονται με την συναισθηματική επεξεργασία σε υγιείς συμμετέχοντες. Οι τρεις μηχανισμοί είναι: Α) Νευρο-φυσιολογική δραστηριότητα κατά την παρουσίαση συναισθηματικών εικόνων, Β) Διαδικασίες προσοχής που σχετίζονται με τη συναισθηματική επεξεργασία και, Γ) Αναγνώριση συναισθηματικών εκφράσεων σε άτομα με χαμηλά και ψηλά επίπεδα αντικοινωνικής συμπεριφοράς. Μέθοδος: Για την πρώτη μελέτη συγκεντρώσαμε 40 συμμετέχοντες από πανεπιστημιακό δείγμα. Στη συνέχεια καταγράψαμε τις φυσιολογικές τους αντιδράσεις (καρδιακούς παλμούς και εφίδρωση) και την δραστηριότητα του μετωπιαίο φλοιού (PFC) χρησιμοποιώντας εγγύς υπέρυθρη φασματοσκοπία (fNIRS) κατά την διάρκειά παρουσίασης συναισθηματικών εικόνων και μετά από cTBS ενεργοποίηση στον δεξί προμετωπιαίο λοβό (DLPFC). Για τη δεύτερη μελέτη συγκεντρώσαμε 91 υγιείς συμμετέχοντες στους οποίους χορηγήθηκε μια δοκιμασία που εξέταζε την ταχύτητα προσοχής σε συναισθηματικά ερεθίσματα αμέσως μετά την ενεργοποίηση (cTBS) στα δεξιά ή στα αριστερά του DLPFC. Τέλος, για το σκοπό της τρίτης μας μελέτης συγκεντρώθηκαν 93 υγιείς συμμετέχοντες. Μετά από την ενεργοποίηση (cTBS) δεξιά ή αριστερά στον DLPFC οι συμμετέχοντες έλαβαν μέρος σε μια δοκιμασία που περιλάμβανε την αναγνώριση συναισθηματικών εκφράσεων (φόβος, ευτυχία, θλίψη και πόνος) χρησιμοποιώντας τυποποιημένα δυναμικά ερεθίσματα (MPAFC). Παράλληλα χρησιμοποιήθηκε ερωτηματολόγιο για την καταμέτρηση συμπτωμάτων της αντικοινωνικής διαταραχής της προσωπικότητας (Adult Self-Report Inventory-4). Αποτελέσματα: Η πρώτη μας μελέτη έδειξε σημαντική μείωση της αιμοσφαιρίνης στον PFC κατά τη διάρκεια των αρνητικών και θετικών εικόνων στην ομάδα που έλαβε cTBS. Δεν διαπιστώθηκαν στατιστικά σημαντικές επιδράσεις του cTBS όσο αφορά τις ψυχοφυσιολογικές μετρήσεις. Η δεύτερη μελέτη έδειξε ότι όσοι έλαβαν cTBS διέγερση (αριστερά και δεξιά) εμφάνισαν σημαντικά ταχύτερες αντιδράσεις στα συναισθηματικά ερεθίσματα σε σύγκριση με τις ουδέτερες εικόνες και αυξημένη διευκόλυνση της προσοχής προς τις δυσάρεστες και ευχάριστες εικόνες σε σύγκριση με την ομάδα που έλαβε sham. Τέλος, τα αποτελέσματά στην τρίτη μελέτη έδειξαν ότι τόσο η αριστερή όσο και η δεξιά διέγερση του DLPFC ακολουθήθηκαν από λιγότερα σφάλματα στην αναγνώριση προσώπων που απεικόνιζαν πόνο και χαρά σε σύγκριση με την sham ομάδα. Οι συμμετέχοντες που έλαβαν αριστερή διέγερση cTBS παρουσίασαν επίσης υψηλότερα ποσοστά ακρίβειας σε πρόσωπα που απεικόνιζαν λύπη. Είναι σημαντικό ότι τα αποτελέσματα της ανάλυσης αλληλεπίδρασης έδειξαν ότι αυτές οι διαφορές στα ψηλότερα ποσοστά ακρίβειας παρέμειναν στατιστικά σημαντικές μόνο για την ομάδα με τα ψηλότερα επίπεδα αντικοινωνικής συμπεριφοράς. Συζήτηση: Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης έχουν σημαντικές πρακτικές εφαρμογές, αφού τα ευρήματα συμβάλλουν στην κατανόηση του ρόλου του αριστερού και δεξιού DLPFC στην συναισθηματική επεξεργασία. Επιπρόσθετα, τα ευρήματα μπορούν να βελτιώσουν τα μελλοντικά ερευνητικά βήματα της ομάδας μας για εντοπισμό νέων θεραπευτικών παρεμβάσεων για την αντικοινωνική συμπεριφορά.

Introduction: The prefrontal cortex (PFC) plays a key role in the modulation of affective processing. However, its specific role in the regulation of neuro-physiological and attention processes underlying emotion processing has remained largely unclear. One way to learn about this circuit and design novel interventions is to probe DLPFC using transcranial magnetic stimulation (TMS). Using a sham-controlled design, the following studies investigated the effects of inhibitory continuous theta-burst stimulation (cTBS) which is a technique worthy of further investigation on three underlying processes associated with affective processing in healthy participants. The three mechanisms we aimed to investigate by which cTBS may contribute to symptom improvement are: A) Neuro-physiological activity during the presentation of emotional pictures, B) Attention processes associated with emotional processing and, C) Recognition of emotional facial expressions in individuals with various symptoms of antisocial behaviour. Methods: For the first study we collected 40 participants from a college sample. Next, we recorded their physiological responses (heart rate and skin conductance) and prefrontal activity using functional Near Infrared Resonance (fNIRS) during the presentation of emotional pictures taken from the International Affective Picture System (IAPS) and after cTBS over the right dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). For the second study we recruited 91 healthy participants and used an emotional dot-probe task with images from IAPS dataset to measure their attention facilitation indices and response times (RTs) after participants received cTBS on the right or left DLPFC. Finally, for the purpose of our third study we recruited 93 healthy participants. A dynamic version of an emotion recognition task was created using standardized stimuli of expressions from the Montréal Pain and Affective Face Clips (MPAFC) to measure emotion recognition responses (fear, happiness, sadness, and pain) after cTBS over the left or the right DLPFC. The Adult Self-Report Inventory-4 was used to assess antisocial personality disorder (ASPD) symptoms. Results: Our first study indicated a significant PFC decrease of haemoglobin levels during distressing and positive pictures in the cTBS group compared to sham. No significant effects of cTBS were identified on physiological activity. The second study showed that those receiving real stimulation (both left and right), but not sham, showed significantly faster RTs to emotional compared to neutral images and increased attention facilitation in response to distressing and pleasant images compared to sham groups. Our results in the third study showed that both left and right DLPFC stimulation was followed by lower errors for happy and painful emotions compared to the sham groups. Participants receiving left stimulation also showed higher accuracy rates in response to sad expressions. Importantly, interaction effects suggested that these differences in accuracy rates remained significant only for the high ASPD group. Discussion: Findings confirm the role of both left and right DLPFC in affective processing and provide evidence for the clinical potential of fast theta burst protocols. These results can inform and improve our future work on identifying novel interventions for improving attentional and emotional processing in individuals with antisocial behaviour.