TMS-EEG Investigation of Cortical Activity Induced by Individualized rTMS in Patients with Prolonged Disorders of Consciousness

Wanneer een ernstig hersenletsel iemand wakker maar onresponsief laat, of zich bewust laat maar niet in staat laat om te bewegen of te spreken, noemt de medische wereld dit een langdurige stoornis van het bewustzijn. Decennialang hebben artsen gestreden om betrouwbare manieren te vinden om deze patiënten te helpen hun bewustzijn te herwinnen. Hoewel er bepaalde behandelingen bestaan, vertrouwen deze vaak op een "one-size-fits-all"-benadering, waarbij hetzelfde deel van de hersenen wordt gestimuleerd voor elke patiënt, ongeacht hun unieke letsel. Deze methode schiet vaak tekort omdat elk hersenletsel anders is, waardoor veel patiënten zonder een duidelijk pad naar herstel blijven. Wetenschappers vermoedden al lang dat de sleutel tot het ontsluiten van het bewustzijn niet alleen ligt in het stimuleren van een specifieke plek, maar in het begrijpen van hoe de overgebleven gezonde delen van de hersenen nog steeds met elkaar communiceren. Als een arts kon identificeren welke specifieke neurale paden nog sterk genoeg zijn om een signaal te dragen, zouden ze die informatie kunnen gebruiken om de rest van het netwerk te wekken.

Een team van onderzoekers van het Xuanwu Hospital in Beijing zette zich met dit idee door middel van een techniek genaamd repetitieve transcraniële magnetische stimulatie, of rTMS. Deze niet-invasieve behandeling maakt gebruik van een magnetische spoel die tegen de hoofdhuid wordt gehouden om hersencellen voorzichtig te stimuleren. In deze studie wilden de onderzoekers zien of ze de behandeling konden verbeteren door eerst de hersenen van elke patiënt in kaart te brengen om de beste plek te vinden voor stimulatie. Ze namen 42 patiënten deel die zich in een staat van langdurige bewusteloosheid bevonden gedurende ten minste 28 dagen. Voordat er enige behandeling begon, gebruikte het team een gevoelige monitor voor hersenactiviteit, een elektro-encefalogram of EEG, om naar de elektrische signalen van de hersenen van de patiënten te luisteren terwijl zij rustten. Door deze signalen te analyseren, berekenden zij welke gebieden van de hersenen als de sterkste leiders fungeerden door de meeste informatie naar andere delen van het netwerk te sturen. Voor sommige patiënten zat deze "leider" in het voorste deel van de hersenen; voor anderen zat deze in de achterzijde.

De patiënten werden vervolgens verdeeld in drie groepen om verschillende benaderingen te vergelijken. Eén groep kreeg de nieuwe, gepersonaliseerde behandeling waarbij de magnetische spoel precies op het hersengebied werd geplaatst dat door de EEG als de sterkste leider was geïdentificeerd. Een tweede groep kreeg de standaardbehandeling, waarbij de spoel op een algemeen doelgebied werd geplaatst dat willekeurig was gekozen, zonder naar de individuele hersenkaart te kijken. De derde groep kreeg een nepbehandeling, waarbij de spoel op een manier werd vastgehouden die geluid maakte maar geen magnetische puls aan de hersenen afgaf. Alle actieve behandelingen duurden tien dagen, met één sessie per dag. Om succes te meten, gebruikten de onderzoekers een gedetailleerde schaal genaamd de Coma Recovery Scale-Revised om te controleren op eventuele verbeteringen in het vermogen van de patiënten om te horen, te zien, te bewegen of te communiceren. Ze gebruikten ook een speciale combinatie van de magnetische stimulatie en de hersenmonitor om te zien hoe de hersenen in realtime reageerden, waarbij de sterkte en de verspreiding van elektrische golven direct na de stimulatie werden gemeten.

De resultaten toonden een duidelijk verschil tussen de groepen. Zowel de gepersonaliseerde groep als de standaardgroep vertoonden significante verbeteringen in hun gedragsscores, wat betekende dat zij meer tekenen van bewustzijn en interactie vertoonden dan voorheen. De groep die de nepbehandeling kreeg, vertoonde geen dergelijke verbetering. Echter, toen de onderzoekers dieper keken naar hoe de hersenen functioneerden, viel de gepersonaliseerde aanpak op. Met behulp van de hersenmonitor ontdekten zij dat de gepersonaliseerde groep een veel sterkere en langduriger elektrische respons in de hersenen vertoonde na stimulatie. Terwijl de standaardgroep een snelle uitbarsting van activiteit zag die weer wegstierf, bleef de hersenactiviteit van de gepersonaliseerde groep langer doorstromen door het netwerk, waarbij deze verder reikte in de diepere regio's van de hersenen. Dit suggereert dat door de juiste "leider"-knooppunt te raken, de behandeling in staat was het signaal levend te houden en het door de resterende gezonde verbindingen te laten reizen, waardoor effectief meer van de hersenen werd gewekt.

De studie vond ook een direct verband tussen deze hersenveranderingen en het herstel van de patiënten. Hoe sterker de elektrische signalen in de hersenen werden en hoe langer ze aanhielden, hoe meer de gedragsscores van de patiënten verbeterden. Deze verbinding was het sterkst in de groep die de gepersonaliseerde behandeling kreeg. De bevindingen suggereren dat de oude methode van het kiezen van een standaardpunt voor iedereen minder effectief is dan het afstemmen van de behandeling op de specifieke bedrading van het individu. Door de eigen elektrische kaart van de hersenen te gebruiken om de stimulatie te sturen, kunnen artsen mogelijk helpen de resterende netwerken van de hersenen efficiënter samen te laten werken. Dit werk beweert niet dat het probleem van het bewustzijn is opgelost, maar het biedt sterk bewijs dat de overstap van vaste doelen naar gepersonaliseerde, precisie-gebaseerde zorg de volgende grote stap kan zijn in het helpen van patiënten bij het herstel van ernstige hersenletsel.