Implementation of EEG in antidepressant vagus nerve stimulation: an exploratory study

Abstract

HintergrundVagusnervstimulation (VNS) ist eine therapeutische Intervention für schwere therapieresistente depressive Episoden. Um Einblicke in die Veränderungen der Gehirnaktivität durch die VNS zu gewinnen, wurden Änderungen der Frequenzwellenbänder sowie der ereigniskorrelierten Potentialkomponente P300 mittels Elektroenzephalographie (EEG) gemessen. Diese Parameter könnten möglicherweise auf die Schwere der depressiven Symptome und das Ansprechen auf die Behandlung hinweisen und zu einem tieferen Verständnis des antidepressiven Wirkmechanismus der VNS beitragen.Methoden In dieser exploratorischen Diplomarbeit wurden 64-Kanal EEG-Daten von drei Patient:innen, die antidepressive VNS erhielten, über drei Messzeitpunkte erhoben und anhand deskriptiver Statistik analysiert. Es fanden jeweils Aufnahmen im Ruhezustand und Messungen der ereigniskorrelierten Potentiale anhand auditorischer Stimuli statt. Die spektralen Leistungsdichtewerte der Alpha-, Beta-, Gamma-, Theta- und Delta-Frequenzbänder für Ruhe-EEG Daten sowie die P300-Amplitude und Latenz der ereigniskorrelierte Potenziale wurden berechnet. Diese Werte wurden für Patienten einzeln und über die Messzeitpunkte auf Gruppenebene verglichen. ErgebnisseDie Analyse der Ruhe-EEG Daten zeigte eine deutliche Zunahme der Delta-Wellen-Aktivität in der Einzel- und Gruppenanalyse. In der Berechnung der ereigniskorrelierten Potenziale wurde bei allen Patient:innen eine generelle Abnahme der P300-Latenz beobachtet. Die P300-Amplitude war in der Analyse auf Gruppenebene erhöht. Interpretation Aufgrund der geringen Stichprobengröße sollten die Resultate dieser Arbeit nur als explorativ und vorläufig betrachtet und mit Vorsicht interpretiert werden. Dennoch könnte eine Veränderung der Delta-Wellen-Power und der P300-Amplitude sowie Latenz auf eine mögliche Behandlungsreaktion der VNS hinweisen. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten daher zu weiterer Exploration dieses Gebietes mit einer breiteren Stichprobengröße anregen.BackgroundVagus nerve stimulation (VNS) is a neuromodulatory therapy for treatment-resistant major depressive disorder. With electroencephalography (EEG), it is possible to get insights into possible alterations of brain activity triggered by VNS therapy. To achieve that, power spectral density of frequency wave bands as well as amplitude and latency of the event-related potential component P300 were measured. These parameters could possibly indicate depressive symptom severity and treatment response as well as help to gain a deeper understanding of the antidepressant mechanism of VNS. MethodsFor this exploratory thesis, EEG data from three patients that received antidepressant vagus nerve stimulation were measured across three timepoints (baseline, day one and day 30 after VNS stimulation onset) and analyzed with descriptive statistics. Measurements were performed using a 64-channel EEG, recording resting state and ERP data using an auditory oddball paradigm. Power spectral density values of alpha, beta, gamma, theta and delta frequency wave bands for resting state data in addition to P300 amplitude and latency for auditory oddball data were calculated. Those values were compared for patients individually and across timepoints for a group-level analysis. ResultsThe analysis of resting state data showed a pronounced increase in delta wave activity in individual and group-level analysis. For theta, alpha, beta and gamma waves only minor fluctuations were visible. In ERP analysis of the auditory oddball data, a general decrease of P300 latency was seen in all patients. P300 amplitude was increased in group-level analysis.InterpretationBecause of the small sample size, the results of this thesis may serve as exploratory and preliminary. Interpretation of group-level analysis results may be handled with caution. Nevertheless, an alteration of delta wave power and P300 amplitude and latency could indicate a potential treatment response of antidepressant vagus nerve stimulation. Thus, the results of this thesis could inspire further research on this topic with a broader sample size.Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersDiplomarbeit Medizinische Universität Wien 202