Personalization of TMS–EEG target potentially improves biomarker identification for major depressive disorder
No Thumbnail Available
Files
Tillander_Casper_2024.pdf (1.39 MB) (opens in new window)
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-05-12
Department
Major/Subject
Bioinformaatioteknologia
Mcode
ELEC3016
Degree programme
Sähkötekniikan kandidaattiohjelma
Language
en
Pages
34
Series
Abstract
Despite decades of research and years of therapeutic applications, the most effective strategy for applying transcranial magnetic stimulation (TMS) therapy remains uncertain. In particular, the location and orientation of the induced electric field affect the brain response and thereby the efficacy of the treatment. This Thesis compares the TMS-evoked potentials recorded using two targeting methods: the non-navigated BEAM F3 method and a personalized approach using neuronavigation with individual magnetic resonance images (MRIs) to pinpoint an optimal stimulation target within the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). This Thesis utilizes data acquired through combined TMS and electroencephalography (TMS–EEG) from 5 healthy subjects. The data were taken from a larger dataset consisting of 35 subjects diagnosed with major depressive disorder (MDD) and a control group of 9 healthy subjects. The two targeting methods were compared by the means of peak-to-peak amplitudes of the TMS-evoked potentials in the interval 15–300 ms post-TMS pulse and the local mean field power (LMFP) in the time intervals 15–50 ms and 50–150 ms. The personalized neuronavigation-based approach for targeting the left DLPFC generally resulted in stronger cortical activation than the Beam F3 method, indicated by the area under the curve (AUC) of the LMFP. When comparing early peak-to-peak components, only 3 out of 5 subjects demonstrated larger amplitudes for the personalized target, likely due to the largest peaks falling outside of the considered time interval. The findings support the neuronavigation-based approach for more effective perturbation of the cortical activity. Although personalized stimulation requires a more complex protocol than Beam F3, it may provide more comprehensive information on cortical activity for biomarker development. Additionally, the results suggest that a similar personalization procedure may be relevant for treatment efficacy. This study contributes to understanding the effects of TMS target selection on TMS-induced perturbation of cortical activity, highlighting the potential benefits of personalized neuronavigation targeting for depression treatment and diagnostics.Trots årtionden av forskning och flera års klinisk tillämpning är den mest effektiva metoden för transkraniell magnetstimulering (TMS) fortfarande oklar. Speciellt riktningen och platsen för det inducerade elfältet påverkar hjärnans respons och därmed behandlingens effektivitet. I denna avhandling jämförs elektriska potentialer framkallade av TMS mellan den icke-neuronavigerade BEAM F3-metoden och en neuronavigeringsbaserad metod. I den neuronavigsbaserade metoden används personliga magnetresonansbilder (MRIs) för att lokalisera en optimal stimuleringspunkt inom det vänstra dorsolaterala prefrontala cortex (DLPFC). I avhandlingen används data erhållen genom kombinerad TMS och elektroencefalografi (TMS–EEG) från 35 deltagare med depression och en kontrollgrupp bestående av 9 friska deltagare. Analysen genomförs på data från 5 av de 9 friska deltagarna och inkluderar jämförelser av topp-till-topp-amplitud mellan TMS-potentialer i intervallet 0–300 ms efter TMS-pulsen, samt den lokala medelfältseffekten (LMFP) i intervallen 15–50 ms och 50–150 ms. Den neuronavigeringsbaserade metoden ledde i allmänhet till högre cortikal aktivering än BEAM F3-metoden, vilket indikerades av större area under kurvan (AUC) för LMFP. Vid jämförelse av de tidiga TMS-potentialerna visade endast 3 av 5 deltagare högre topp-till-topp amplituder för den neuronavigeringsbaserade metoden, troligen på grund av att de största amplituderna föll utanför det valda intervallet. Avhandlingens resultat stöder antagandet att den neuronavigeringsbaserade metoden mer effektivt påverkar den cortikala aktiviteten. Trots att neuronavigerad TMS-behandling kräver ett mer komplext protokoll än BEAM F3, kan den ge mer omfattande information om cortikal aktivitet för utveckling av biomarkörer. Detta indikerar även att ett personligt neuronavigeringsprotokoll kan vara relevant för behandlingen av depression. Denna studie bidrar till en förståelse av TMS-målets inverkan på den TMS-inducerade förändringen av cortikal aktivitet, med en betoning på vikten av personliga neuronavigeringsbaserade metoder inom behandling och diagnostisering av depression.Description
Supervisor
Turunen, MarkusThesis advisor
Ahola, OskariKeywords
transcranial magnetic stimulation, electroencephalography, TMS–EEG, biomarker