Study on hippocampal brain volumes in treatment resistant depression during vagal nerve stimulation (VNS)

BACKGROUND: Volumetric changes in mood-relevant distributed limbic/paralimbic neurocircuitry have been reported in the recent literature on the course of Major Depression (MD). A decrease in hippocampal gray matter volumes is one of the possible mechanisms involved in pathogenesis of depression [Nifosì et al. 2010]. Converging evidences suggest that a reduced neurogenesis may occur in this area in recurrent depression and its positive modulation is fundamental for antidepressive action. Neurogenesis is stimulated both by plasticity-inducing stimuli (such as environmental enrichment, exercise, and electrical stimulation) and by antidepressant treatments. In functional imaging studies, Vagal Nerve Stimulation (VNS), a novel approach for treatment resistant depression (TRD), demonstrated that its antidepressive function may be correlated to changes in cerebral blood flow in limbic and prefontal cortex [Zobel et al 2005]. We are exploring if volumetric changes in specific brain areas involved in depression may be obtained with VNS. METHODS: Comparison of data on changes in brain volumes of specific regions of interest in 6 patients affected by TRD treated with VNS (VNS Therapy System™, Cyberonics, Houston, Texas –USA) and 5 TRD cases “treated as usual” (TAU) was performed. Brain MRI scans were detected before the implantation (t0) and after 12 months (t1). Psychopathology was assessed using patient self reports (BDI) and clinical evaluation (HDRS) every three months during the follow-up. RESULTS : Three out of six VNS treated patient showed a good clinical response (Reduction of depressive scores >50% from baseline) in three months of treatment. A significant increase of 22% and 14% of Left and Right hippocampal volumes was found after one year of Vagus Nerve Stimulation. No correlation were found between clinical outcomes measures and increase in volumes. Non responders showed no increase in hippocampal volumes. Preliminary findings from this case series seem to confirm the fundamental role of hippocampal remodelling as a marker for response in TRD.

PREMESSE: Modifiche nella volumetria delle strutture limbiche-paralimbiche coinvolte nella regolazione del tono dell’umore sono state descritte nella letteratura più recente sui Disturbi Depressivi Maggiori (DDM). Una diminuzione nei volumi della sostanza grigia ippocampale è uno dei possibili meccanismi coinvolti nella patogenesi della depressione [Nifosì et al. 2010]. Evidenze convergenti sembrano confermare che in corso di depressione una ridotta neurogenesi possa verificarsi in questa area e che una modulazione positiva di tale processo sia fondamentale per l’azione antidepressiva. La Neurogenesi è stimolata sia da stimoli che rafforzano la plasticità neuronale (come stimolazioni ambientali esterne, esercizio fisico, stimolazione elettrica) sia dai trattamenti antidepressivi. In studi di neuroimaging funzionale, la Stimolazione del Nervo Vago, (VNS) una metodica di recente introduzione per il trattamento della Depressione farmaco Resistente (TRD), è stata dimostrato che la sua azione antidepressiva può essere correlata con modifiche nel flusso ematico cerebrale nella corteccia limbica e prefrontale [Zobel et al 2005]. Obiettivo di questo studio è valutare se modifiche delle volumetrie in specifiche aree coinvolte nella depressione, possano essere ottenuta mediante la VNS. METODOLOGIA: E’ stato effettuato un confronto dei dati sulle modifiche di volume di specifiche regioni d’interesse in 6 pazienti con depressione farmaco resistente trattati mediante VNS (VNS Therapy System™, Cyberonics, Houston, Texas –USA) con i volumi delle stesse aree in 5 casi di TRD trattati in maniera convenzionale. Le Risonanze Magnetiche Nucleari (MRI) cerebrali sono state realizzate prima dell’impianto (t0 ) e dopo 12 mesi( t1). L’entità della depressione è stata valutata mediante scale autosomministrate (BDI ) o etero somministrate (HDRS) ogni tre mesi durante il del monitoraggio clinico. RISULTATI: Tre dei sei pazienti che hanno ricevuto la VNS hanno manifestato una buona risposta clinica (riduzione dei punteggi alle scale per la depressione > 50% dai punteggi iniziali) a tre mesi dall’inizio del trattamento. Un aumento significativo di circa il 22% e del 14% rispettivamente per ippocampo sinistro e destro è stato messo in luce dopo un anno di trattamento mediante VNS. Nessuna correlazione è stata trovata tra le principali variabili indicative dell’andamento clinico e l’aumento dei volumi cerbrali. I pazienti non responsivi alla VNS non hanno manifestato aumenti nei volumi ippocampali. I dati preliminari riscontrati in questo piccolo gruppo sembrano confermare il ruolo fondamentale del rimodellamento ippocampale come marker per la possibile risposta clinica nella TRD.