Транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС) широко используют в клинической и исследовательской практике [1, 2]. Однако важным ограничением ее применения остается высокая вариабельность эффекта [3]. С целью повышения эффективности ТМС активно разрабатывают протоколы, основанные на механизмах метапластичности. Согласно данной концепции, величина, направление и длительность процессов синаптической пластичности зависят от предшествующей синаптической активности, при этом метапластичность может быть аддитивной или гомеостатической [4, 5]. Показано, что метапластичность оказывает значимое влияние на эффекты комбинаций протоколов ТМС [6].

Эффект комбинированных протоколов ТМС зависит как от типа отдельных блоков стимуляции, так и от интервала между ними. Влияние интервала между блоками хорошо прослеживается на примере протоколов из нескольких блоков одного типа [6–9]. На основании этих данных была сформулирована гипотеза «критического временного окна», согласно которой при проведении второго блока стимуляции в интервале средней трети от ожидаемой продолжительности эффекта одного блока индуцируется гомеостатическая метапластичность, а при меньшем и большем — аддитивная [6].

На здоровых добровольцах преимущественно были исследованы протоколы с короткими интервалами между блоками (до 20 мин) и получены противоречивые данные [7, 10, 11]. В проведенном нами исследовании двух комбинированных протоколов стимуляции интермиттирующими тета-вспышками (intermittent theta-burst stimulation, iTBS) с коротким (15 мин) и длинным (60 мин) интервалом между блоками стимуляции первичной моторной коры не было обнаружено статистически значимых эффектов отдельных протоколов и различий между протоколами при оценке эффекта на амплитуду вызванных моторных ответов (ВМО) и количество респондеров [12].

Авторы большинства работ изучали эффекты на возбудимость моторной коры. Несмотря на то что стимуляция моторной коры является удобной моделью, экстраполировать результаты на другие области коры следует с осторожностью. Важным ограничением оценки нейрофизиологического эффекта стимуляции моторной коры является вариабельность амплитуды ВМО [13]. В связи с этим целесообразно исследование стимуляции немоторных областей, а также использование для оценки эффекта поведенческих и иных показателей.

Учитывая описанные ограничения, целями настоящего исследования стали оценка эффекта протоколов iTBS с коротким и длинным интервалами между блоками стимуляции левой дорсолатеральной префронтальной коры (лДЛПФК) на показатели когнитивного теста n-back на вербальную рабочую память (РП) у здоровых добровольцев, а также сравнение со стандартным протоколом iTBS и стимуляцией контрольной области (вертекса). Выбор комбинированных протоколов основан на гипотезе «критического временного окна» [6].

ПАЦИЕНТЫ И МЕТОДЫ

Участники исследования

Исследование проведено на базе ФГБНУ «Научный центр неврологии» в 2021–2022 гг. Перед включением в исследование участники заполняли опросник противопоказаний к ТМС, для каждого осуществляли сбор медицинского анамнеза и демографических данных, проводили рутинную электроэнцефалографию (ЭЭГ) со стандартными функциональными пробами для исключения эпилептиформной активности.

Критерии включения: наличие добровольного информированного согласия; возраст 18–40 лет.

Критерии невключения: отказ от участия; наличие противопоказаний к проведению МРТ и ТМС [14]; наличие эпилептиформной активности при ЭЭГ; прием препаратов, влияющих на центральную нервную систему; наличие неврологических или психических заболеваний; наличие хронических соматических заболеваний.

Критерии исключения: тяжелые побочные эффекты, выявленные при проведении ТМС (эпилептический приступ, синкопальное состояние и др.); развитие после включения в исследование соматической, психической патологии, заболеваний нервной системы; установка электрокардиостимулятора, внутрисердечных катетеров или проведение операций на головном мозге, требующих оставления металлических предметов в полости черепа; наступление беременности; отказ от продолжения участия.

Скрининг прошли 22 добровольца, из них два человека не подошли по критериям невключения, еще двое не смогли продолжить участие в исследовании по логистическим причинам. Два человека выбыли из-за плохой переносимости ТМС. Таким образом, исследование завершили 16 участников (6 мужчин; средний возраст 28,1 лет).

Протоколы стимуляции

Для создания индивидуальной 3D-модели головного мозга для навигационной ТМС проводили МРТ в режиме 3D-T1MPR на приборах MAGNETOM Verio и MAGNETOM Prisma (Siemens Healthcare GmbH; Германия) (размер вокселя 1,0 × 0,977 × 0,977 мм³, 176 сагиттальных срезов).

Добровольцам проводили четыре сессии ТМС с интервалом не менее 72 ч (рис. 1А). Интервал представляется достаточным для минимизации влияния предыдущей сессии с учетом длительности эффекта блока iTBS [15]. Последовательности протоколов были рандомизированы методом латинских квадратов для минимизации эффекта порядка. По возможности все сессии проводили в одном временном интервале (9–13 или 14–18 ч). Участники не были информированы о поcледовательности проведения протоколов.

Были исследованы следующие протоколы (рис. 1Б):

• комбинированный протокол с коротким интервалом между блоками (iTBS 0–15): два последовательных блока реальной стимуляции с интервалом 15 мин между ними, через 60 мин от первого блока — контрольная стимуляция;
• комбинированный протокол с длинным интервалом между блоками (iTBS 0–60): блок реальной стимуляции, через 15 мин после него — контрольная стимуляция, а через 60 мин после первого блока — блок реальной стимуляции;
• стандартный протокол (iTBS 0): блок реальной стимуляции, через 15 и 60 мин после него — контрольная;
• контрольный протокол (Контроль): три блока контрольной стимуляции с интервалами 15 и 60 мин.

Для проведения iTBS был использован стимулятор MagPro X100 + MagOption (Tonica Elektronik A/S; Дания) с восьмеркообразным койлом с жидкостным охлаждением в сочетании с навигационной системой Localite TMS Navigator System (Localite GmbH; Германия) и роботизированной системой позиционирования Axillum Robotics TMS-Cobot (Axillum Robotics; Франция). Блок стимуляции состоял из 20 циклов, включающих 10 вспышек по три стимула с частотой 50 Гц, подаваемых с частотой 5 Гц трейнами по 2 с с интервалом 8 с, количество стимулов в блоке — 600. В качестве мишени для реальной стимуляции использовали лДЛПФК, определяемую по МРТ как область верхней или средней лобной извилины на расстоянии около 5 см от «горячей точки» в области коркового представительства первой тыльной межкостной мышцы кисти. Мишенью для контрольной стимуляции была зона вертекса, которую определяли как середину расстояния между надпереносьем и затылочным выступом в срединной сагиттальной плоскости. Интенсивность iTBS составила 75% от моторного порога (МП) покоя, определенного по алгоритму Rossini-Rothwell, для которой ранее показан наибольший эффект [16]. МП определяли перед каждой сессией стимуляции. Для оценки переносимости заполняли опросники о нежелательных явлениях (НЯ) во время и в течение 24 ч после ТМС.

Когнитивное тестирование

Для тестирования использовали ПО свободного доступа «The Psychology Experiment Building Language» (PEBL) [17]. Проводили тест n-back с вербальными стимулами (согласные буквы латинского алфавита) с n = 2, 3, 4 (22, 23 и 24 стимула в задании, по 6 совпадающих для каждого n). Участникам дважды проводили тренировочное тестирование с целью минимизации эффекта научения; кроме того, при первом тестировании перед каждой сессией проводили вводный тренировочный тест с n = 1 и 2. Оценивали показатели трижды: до начала первого блока стимуляции (Т1), а также непосредственно после второго (Т2) и третьего (Т3) блоков стимуляции.

Точность выполнения теста n-back оценивали путем расчета показателя d' [18].

d' = Z(hit rate) – Z(false alarm rate).

Для расчета учитывали число правильных нажатий клавиши в ответ на совпадающий стимул, нормированных на общее число совпадающих стимулов (hit rate), и ложных нажатий в ответ на несовпадающий стимул, нормированных на общее число несовпадающих для каждого n (false alarm rate). Для каждого из нормированных показателей проводили Z-преобразование.

Статистический анализ

Статистический анализ проводили с помощью пакета IBM SPSS Statistics (v.23) (IBM, SPSS Inc.; США). С помощью критерия Уилкоксона провели тестирование индивидуального эффекта каждого протокола в Т2 и Т3 (сравнение показателей с Т1). Эффект протокола в Т2 и Т3 оценивали как разность показателя d' в данной временной точке с показателем в Т1. Для сравнения эффекта между разными протоколами в Т2 и Т3 использовали критерий Фридмана.

В зависимости от изменения показателя d' в Т2 и Т3 участники были разделены на респондеров (в отношении фасилитации, если разность была выше 0, и ингибирования, если ниже) и нереспондеров (разность показателей, равная 0). Доли респондеров сравнивали между протоколами с помощью биномиального критерия (точная версия критерия МакНемара).

Дополнительно провели два анализа воспроизводимости эффекта комбинации блока активной стимуляции и стимуляции вертекса (Т2 в протоколах iTBS 0–60 и iTBS 0) с помощью коэффициента корреляции Спирмена и анализа ассоциации типа ответа в Т2 с использованием точного критерия Фишера.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Оценка эффекта для отдельных протоколов

При оценке влияния протоколов на точность теста n-back в T2 и Т3 статистически значимых различий обнаружено не было (табл. 1). Минимальные уровни значимости получены для точности выполнения теста n-back с n = 2 после второго блока стимуляции протокола iTBS 0–15 (р = 0,058), а также для n = 3 после третьего блока стимуляции этого же протокола (р = 0,054), при введении поправки Бонферрони откорректированные p = 1.

Для каждого протокола подсчитаны доли участников с разным ответом на ТМС в Т2 и Т3 (рис. 2).

Сравнение эффекта между протоколами

Между протоколами статистически значимых различий эффекта обнаружено не было ни для одного значения n при сравнении в Т2 (критерий Фридмана; неоткорректированное р = 0,6; 0,62 и 0,428 для n = 2, 3, 4 соответственно) и в Т3 (р = 0,283, 0,294 и 0,13). Различий не обнаружено при сравнении эффекта непосредственно после двух блоков активной стимуляции, т. е. между iTBS 0–15 в Т2 и iTBS 0–60 в Т3 (критерий Уилкоксона; неоткорректированное p = 0,372; p = 0,535; p = 0,211 для n = 2, 3 и 4).

Анализ различий направления эффекта протоколов ТМС

В отношении доли участников с фасилитацией статистически значимых различий обнаружено не было (табл. 2). Значения p < 0,05 без коррекции получены при сравнении доли испытуемых с ингибированием протоколами iTBS 0–15 и iTBS 0–60 в Т2 для n = 2 и протоколами iTBS 0–15 и контрольным в Т3 для n = 4. Кроме того, значение p < 0,05 получено при сравнении ингибирования протоколами iTBS 0 и iTBS 0–60 в точке T2. С поправкой Бонферрони эти тесты имеют откорректированное p = 1.

Анализ воспроизводимости эффекта

Для n = 2 получено значение p = 0,02 (отрицательная выборочная корреляция Спирмена), с поправкой Бонферрони откорректированное значение p = 0,06 (табл. 3).

При анализе ассоциации как фасилитации, так и ингибирования между протоколами iTBS 0–60 и iTBS 0 не было показано статистически значимых корреляций (табл. 4). Кроме того, лишь у 6 из 16 участников (37,5%) наблюдалась фасилитация в Т2 для n = 4 в обоих протоколах iTBS 0–60 и iTBS 0, в то время как для тестов с меньшим уровнем сложности не было участников, у которых наблюдался фасилитирующий ответ на оба протокола.

Переносимость протоколов

Исследованные протоколы ТМС характеризовались благоприятным профилем безопасности. Серьезных НЯ зарегистрировано не было. В двух случаях добровольцы прекратили участие в исследовании из-за плохой переносимости (развитие интенсивных болевых ощущений во время стимуляции лДЛПФК и головной боли во время стимуляции вертекса, сохранявшейся в течение нескольких часов после завершения стимуляции и купировавшейся приемом ибупрофена). НЯ зарегистрированы во время 67,2% и в течение 24 ч — после 8% от проанализированных сессий, имели легкий характер и не влияли на желание продолжать участие в исследовании. Наиболее часто во время стимуляции регистрировались боль и сонливость (по 28,3%), а также сокращения мимической мускулатуры вблизи лДЛПФК (9%), в течение 24 ч зарегистрирована только головная боль (8%).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В исследовании проведена оценка эффекта двух протоколов стимуляции лДЛПФК тета-вспышками, основанных на метапластичности, с коротким и длинным интервалом между блоками на показатели РП у здоровых лиц, а также сравнение эффекта со стандартным и контрольным протоколами. Также оценены различия количества участников с одинаковым направлением эффекта стимуляции в разных протоколах. Использованные протоколы были безопасными и имели хорошую переносимость. Убедительных данных в пользу эффективности отдельных протоколов в отношении РП или вариабельности ответа на стимуляцию получено не было. Показана низкая индивидуальная воспроизводимость эффекта iTBS.

Эффект одного блока iTBS на показатели РП у здоровых лиц исследован в ряде работ, однако их результаты противоречивы [16, 19–21]. Одним из источников различий может быть вариабельность ответа на стимуляцию, подтвержденная для эффекта на возбудимость моторной коры [22, 23]. В то же время, в отношении РП вариабельность эффекта iTBS до настоящего времени изучена мало.

Использование протоколов, основанных на метапластичности, является потенциальным методом увеличения эффективности ТМС, однако вопросы оптимального интервала между блоками стимуляции остаются открытыми. Мы сравнили влияние протоколов с коротким и длинным интервалами между блоками активной стимуляции на показатели РП. Статистически значимых различий между показателями тестирования для отдельных протоколов показано не было. Кроме того, изменения точности теста n-back в обеих временных точках не различались статистически значимо при сравнении протоколов, основанных на метапластичности, со стандартным и контрольным протоколом. Не было обнаружено также статистически значимых различий между протоколами по количеству участников, у которых в ответ на стимуляцию наблюдалось улучшение выполнения тестирования (фасилитация) или его ухудшение (ингибирование). Эти результаты согласуются с полученными нами ранее данными при исследовании эффекта на возбудимость моторной коры [12].

В то же время обращает на себя внимание возможная тенденция к статистической значимости эффектов протокола с коротким интервалом между блоками (iTBS 0–15) для теста n-back с n = 2 при измерении после второго блока и с n = 3 — после третьего. В исследуемой выборке в данном протоколе тоже наблюдалось меньшее количество участников с ингибирующим ответом после второго блока стимуляции по сравнению с протоколом iTBS 0–60 для n = 2 и после третьего блока по сравнению с контрольным протоколом для n = 4. Интересно отметить, что эффективность протокола стимуляции из трех блоков с интервалом 15 мин между ними показана в отношении визуально-пространственной РП и исполнительных функций [24], а также принятия решений у здоровых лиц [25]. Кроме того, показан положительный эффект 14 сессий стимуляции данным протоколом на когнитивные функции у пациентов с болезнью Альцгеймера [26]. На наш взгляд, представляется целесообразным дальнейшее изучение эффектов протоколов с коротким интервалом между блоками (15 мин) на когнитивные функции.

Дополнительно проанализирована воспроизводимость эффекта протоколов iTBS 0–60 и iTBS 0 после второго блока стимуляции. Не было показано как статистически значимой корреляции эффекта, так и ассоциации направления ответа между двумя протоколами. Доля участников с фасилитацией в обоих протоколах оказалась равной нулю при оценке теста с n = 2 и 3, для n = 4 она составила 37,5%. Полученные данные согласуются с результатами проведенных ранее исследований вариабельности ответа на один блок стимуляции тетавспышками в отношении моторной коры [7, 22, 23].

Можно сделать вывод, что ответ на iTBS имеет низкую внутрииндивидуальную воспроизводимость как в отношении возбудимости моторной коры, так и в отношении когнитивных показателей. Поскольку в нашем исследовании источники вариабельности, обусловленные анатомией и изменениями положения койла, были минимизированы путем навигации по МРТ и использования роботизированной системы для позиционирования койла, можно предположить, что причиной недостаточной воспроизводимости эффекта стимуляции является внтурииндивидуальная вариабельность ответа на iTBS.

Отсутствие эффекта стимуляции в нашем исследовании может быть обусловлено недостаточным количеством блоков активной стимуляции. Не обнаружено статистически значимого эффекта от двух блоков iTBS лДЛПФК с интервалом 15 мин на показатели теста n-back и в исследовании, опубликованном ранее [21]. Предположение о более высокой эффективности протоколов, состоящих из трех блоков, согласуется с результатами пров еденного ранее исследования, в котором показан статистически значимый эффект трех, но не двух блоков стимуляции моторной коры с интервалом 15 мин [27] и с полученными ранее данными по эффективности протокола стимуляции ДЛПФК, состоящего из трех блоков с интервалом 15 мин [24]. Следует отметить, что основанные на метапластичности протоколы стимуляции, для которых показана клиническая эффективность, например, в отношении фармакорезистентной депрессии [28, 29] или спастичности при рассеянном склерозе [30], состоят из 10 и трех блоков стимуляции соответственно.

Кроме того, влияние может оказывать длительность одного блока. В протоколах, для которых показана клиническая эффективность, используют пролонгированные блоки стимуляции (1800 стимулов по сравнению с 600 в стандартном) [28–30]. Но до настоящего времени эффекты пролонгированных блоков iTBS на когнитивные функции изучены мало.

К ограничениям проведенного исследования можно отнести малый размер группы, однако описанное исследование носит пилотный характер, и данной выборки может быть достаточно для обнаружения больших эффектов и выбора наиболее эффективных протоколов для изучения на больших группах. Кроме того, кроссоверный дизайн потенциально мог повлиять на результаты тестирования за счет эффекта научения. В то же время влияние данного эффекта представляется минимальным: во-первых, при повторных тестированиях внутри протокола он контролируется путем сравнения с протоколом с идентичным количеством блоков стимуляции вертекса. Во-вторых, благодаря рандомизации с использованием метода латинских квадратов среднее значение эффектов в сессиях с данным пртоколом не зависит от возможных эффектов порядкового номера сессии, т. е. возможное научение между сессиями не вызывает смещения в оценках контрастов между протоколами.

Ограничением исследования может также быть использование только одного теста n-back с вербальными стимулами. Однако его широко применяют в нейропсихологических исследованиях для оценки РП. Необходимо также учитывать эффект «потолка» в тесте с наименьшей сложностью (n = 2), который может объяснять большое количество нереспондеров при данном n. Другим ограничением может быть малое количество стимулов в задании, что необходимо учитывать в дальнейших исследованиях. Кроме того, мы оценивали эффекты стимуляции сразу после второго и третьего блока, что не позволяет исключить возможных отсроченных эффектов [19].

Следует отметить, что отсутствие эффекта основанных на метапластичности протоколов у здоровых добровольцев как на показатели когнитивного тестирования, так и на нейрофизиологические показатели, не является тождественным отсутствию клинической эффективности. Важно учитывать, что процессы метапластичности могут различаться у пациентов и здоровых добровольцев, поэтому переносить данные в клиническую практику следует с осторожностью.

ВЫВОДЫ

В проведенном исследовании не получено убедительных данных в пользу эффективности протоколов, основанных на метапластичности, на показатели РП и направление ответа на стимуляцию у здоровых лиц. С учетом его результатов и ограничений представляется перспективным дальнейшее изучение эффекта протоколов с коротким интервалом между блоками, состоящих из большего количества блоков стимуляции, а также пролонгированных блоков iTBS.