DOI: https://doi.org/10.1038/s41398-026-03810-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41577665
تاريخ النشر: 2026-01-23
المؤلف: Kexu Zhang وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة آثار التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة المتكرر (rTMS) المستهدف للقشرة المدارية الجبهية (OFC) على ديناميات الدماغ لدى مرضى الفصام، مع التركيز على حالات الميكروستات EEG. تم توزيع 87 مريضًا عشوائيًا لتلقي إما 20 جلسة من OFC-rTMS بتردد 1 هرتز أو تحفيز وهمي، بينما خضع 51 من الأصحاء لجلسة واحدة نشطة من rTMS. تم أخذ تسجيلات EEG في البداية، مباشرة بعد الجلسة الأولى، وبعد دورة العلاج الكاملة.
أشارت النتائج إلى أنه في البداية، أظهر مرضى الفصام زيادة في حدوث الميكروستات C وانخفاض في حدوث الميكروستات D مقارنة بالأصحاء. بعد جلسة واحدة نشطة من rTMS، أظهرت المجموعتان انخفاضًا في الميكروستات C، دون تغييرات في مجموعة التحفيز الوهمي. بعد 20 جلسة من rTMS النشط، أظهر المرضى انخفاضًا مستمرًا في الميكروستات C وزيادة في الميكروستات D. ومن الجدير بالذكر أن المستجيبين سريريًا لـ OFC-rTMS شهدوا انخفاضات فورية أكثر أهمية في الميكروستات C بعد الجلسة الأولى مقارنةً بغير المستجيبين. تشير هذه النتائج إلى أن OFC-rTMS يمكن أن يعدل حالات الميكروستات EEG في الفصام، مما قد يؤدي إلى تطبيع شذوذ الميكروستات C ويشير إلى أن الاستجابات المبكرة لـ EEG قد تعمل كعلامات حيوية للنتائج العلاجية على المدى الطويل.
النتائج
في هذه الدراسة، كشفت تطبيقات معيار كولباك-ليبلر (KL) على مجموعة البيانات عن أربع فئات ميكروستات مثالية، تم تصنيفها من A إلى D، مع تباين مفسر عالمي (GEV) يتجاوز 60% عبر جميع المجموعات والظروف. تراوحت معاملات الارتباط المكاني بين فئات الميكروستات المقابلة من 0.72 إلى 0.99، مما يدل على اتساق قوي في الخرائط الطبوغرافية. لتخفيف التباين المكاني، استخدمت التحليلات اللاحقة إجراءً للتكيف بناءً على قوالب الميكروستات لمجموعة الأصحاء (HC) في البداية، وتم حساب الارتباطات بين طوبوغرافيات الميكروستات الفردية والقالب الأساسي، مما أسفر عن قيم تتراوح بين 0.598 و 0.788 عبر حالات الميكروستات المختلفة.
كشفت التحليلات المقارنة بين مرضى الفصام في الحلقة الأولى (FES) والأصحاء (HC) عن اختلافات كبيرة في معلمات الميكروستات بعد التحكم في سنوات التعليم. على وجه التحديد، أظهر المرضى زيادة في التغطية (F(1,133) = 9.727، p = 0.002، q مصحح FDR = 0.024، η²_p = 0.068) وحدوث (F(1,133) = 18.433، p < 0.001، q مصحح FDR = 0.002، η²_p = 0.122) الميكروستات C، إلى جانب انخفاض في مدة الميكروستات D (F(1,133) = 9.541، p = 0.002، q مصحح FDR = 0.024، η²_p = 0.067). أشارت تحليل احتمالية الانتقال إلى أن مجموعة FES كانت لديها احتمالات أعلى بشكل ملحوظ للانتقال من الميكروستات A (F(1,133) = 8.842، p = 0.003، q مصحح FDR = 0.024، η²_p = 0.062)، B (F(1,133) = 4.181، p = 0.043، η²_p = 0.030)، وD (F(1,133) = 5.007، p = 0.027، η²_p = 0.036) إلى الميكروستات C مقارنةً بمجموعة HC.
المناقشة
تستكشف هذه الدراسة آثار التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة المتكرر (rTMS) للقشرة المدارية الجبهية (OFC) على ديناميات الميكروستات EEG في الفصام، مع التركيز على النتائج الفورية وطويلة الأجل. تكشف التحليلات أن جلسة واحدة من OFC-rTMS بتردد 1 هرتز تقلل بشكل كبير من حدوث الميكروستات C، المرتبط بشبكة الأهمية، في كل من المرضى والأصحاء. تشير التقييمات الطولية إلى أنه بعد 20 جلسة، هناك انخفاضات مستمرة في الميكروستات C وزيادات في الميكروستات D، المرتبطة بالتحكم الانتباهي. ومن الجدير بالذكر أن المرضى الذين يستجيبون سريريًا للعلاج يظهرون انخفاضات فورية أكبر في الميكروستات C مقارنةً بغير المستجيبين، مما يشير إلى أن التغيرات في ديناميات الميكروستات قد تعمل كعلامات حيوية مبكرة للتنبؤ بنتائج العلاج.
تسلط النتائج الضوء على إمكانية تحليل الميكروستات كأداة لفهم التأثيرات العصبية للتحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة على ديناميات الدماغ في الفصام. بينما تظهر الدراسة أن rTMS يمكن أن يعدل الميكروستات C وD، إلا أنها تشير أيضًا إلى أن التغيرات في الميكروستات D قد لا تكون محددة لـ rTMS، حيث تم ملاحظة تغييرات مماثلة في مجموعة التحفيز الوهمي، ربما تأثرت بالأدوية المضادة للذهان المتزامنة. بشكل عام، تدعم النتائج الفرضية القائلة بأن OFC-rTMS يمكن أن تستهدف بفعالية الشبكات الدماغية غير الوظيفية في الفصام، مع آثار على استراتيجيات العلاج الشخصية بناءً على الاستجابات العصبية المبكرة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41398-026-03810-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41577665
Publication Date: 2026-01-23
Author(s): Kexu Zhang et al.
Primary Topic: Transcranial Magnetic Stimulation Studies
Overview
This study examines the effects of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) targeting the orbitofrontal cortex (OFC) on brain dynamics in patients with schizophrenia, focusing on EEG microstates. A total of 87 patients were randomized to receive either 20 sessions of 1 Hz OFC-rTMS or sham stimulation, while 51 healthy controls underwent a single active rTMS session. EEG recordings were taken at baseline, immediately after the first session, and after the full treatment course.
Results indicated that, at baseline, patients with schizophrenia exhibited increased occurrence of microstate C and decreased occurrence of microstate D compared to healthy controls. Following a single active rTMS session, both groups showed a reduction in microstate C, with no changes in the sham group. After 20 sessions of active rTMS, patients demonstrated a sustained decrease in microstate C and an increase in microstate D. Notably, clinical responders to OFC-rTMS experienced more significant immediate reductions in microstate C after the first session compared to non-responders. These findings suggest that OFC-rTMS can modulate EEG microstates in schizophrenia, potentially normalizing microstate C abnormalities and indicating that early EEG responses may serve as biomarkers for long-term therapeutic outcomes.
Results
In this study, the application of the Kullback-Leibler (KL) criterion to the dataset revealed four optimal microstate classes, labeled A through D, with a global explained variance (GEV) exceeding 60% across all groups and conditions. The spatial correlation coefficients between corresponding microstate classes ranged from 0.72 to 0.99, indicating strong consistency in topographic maps. To mitigate spatial variability, subsequent analyses utilized a backfitting procedure based on the baseline healthy control (HC) group’s microstate templates, and correlations between individual microstate topographies and the baseline template were computed, yielding values between 0.598 and 0.788 across different microstates.
Comparative analyses between patients with first-episode schizophrenia (FES) and healthy controls (HC) revealed significant differences in microstate parameters after controlling for years of education. Specifically, patients exhibited increased coverage (F(1,133) = 9.727, p = 0.002, FDR-corrected q = 0.024, η²_p = 0.068) and occurrence (F(1,133) = 18.433, p < 0.001, FDR-corrected q = 0.002, η²_p = 0.122) of microstate C, alongside a decreased duration of microstate D (F(1,133) = 9.541, p = 0.002, FDR-corrected q = 0.024, η²_p = 0.067). Transition probability analysis further indicated that the FES group had significantly higher probabilities of transitioning from microstates A (F(1,133) = 8.842, p = 0.003, FDR-corrected q = 0.024, η²_p = 0.062), B (F(1,133) = 4.181, p = 0.043, η²_p = 0.030), and D (F(1,133) = 5.007, p = 0.027, η²_p = 0.036) to microstate C compared to the HC group.
Discussion
This study investigates the effects of orbitofrontal cortex (OFC) repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) on EEG microstate dynamics in schizophrenia, focusing on both immediate and long-term outcomes. The analysis reveals that a single session of 1 Hz OFC-rTMS significantly reduces the occurrence of microstate C, which is associated with the salience network, in both patients and healthy controls. Longitudinal assessments indicate that after 20 sessions, there are sustained decreases in microstate C and increases in microstate D, which is linked to attentional control. Notably, patients who respond clinically to the treatment show greater immediate reductions in microstate C compared to non-responders, suggesting that changes in microstate dynamics may serve as early biomarkers for predicting treatment outcomes.
The findings highlight the potential of microstate analysis as a tool for understanding the neuromodulatory effects of rTMS on brain dynamics in schizophrenia. While the study shows that rTMS can modulate microstate C and D, it also notes that changes in microstate D may not be specific to rTMS, as similar alterations were observed in the sham group, possibly influenced by concurrent antipsychotic medication. Overall, the results support the hypothesis that OFC-rTMS can effectively target dysfunctional brain networks in schizophrenia, with implications for personalized treatment strategies based on early neural responses.