Cortical hyperexcitability in post-traumatic stress disorder secondary to minor accidental head trauma: a neurophysiologic study

Cortical hyperexcitability in post-traumatic stress disorder secondary to minor accidental head trauma: a neurophysiologic study

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J Psychiatry Neurosci 2005;30(2):127-132

Diego Centonze, MD; Maria G. Palmieri, MD; Laura Boffa, MD; Mariangela Pierantozzi, MD; Paolo Stanzione, MD; Livia Brusa, MD; M. Grazia Marciani, MD; Alberto Siracusano, MD; Giorgio Bernardi, MD; M. Donatella Caramia, MD

Centonze, Palmieri, Boffa, Pierantozzi, Stanzione, Brusa, Marciani, Bernardi, Caramia — Clinica Neurologica, Dipartimento di Neuroscienze, Università di Tor Vergata, and Fondazione Santa Lucia; Palmieri, Pierantozzi, Marciani — Servizio di Neurofisiopatologia, Policlinico di Tor Vergata; Siracusano — Clinica Psichiatrica, Dipartimento di Neuroscienze, Università di Tor Vergata, Rome, Italy.

Abstract

Objective: We applied paired transcranial magnetic stimulation (pTMS) to patients with post-traumatic stress disorder (PTSD) secondary to minor accidental head trauma. Our purpose was to determine the potential abnormality of motor cortex excitability in this pathologic condition.

Methods: pTMS stimulation, according to the conditioning–test paradigm employing interstimulus intervals (ISIs) of 1–6 ms, was used to investigate intracortical inhibition in control subjects and patients with PTSD. The study population consisted of 14 patients who had developed PTSD following minor head trauma, 12 healthy volunteers without a clinical history of head trauma and 11 healthy subjects who had reported accidental minor head trauma 1–4 months before the study. This clinical electrophysiologic study was performed at the Department of Neuroscience, University of Rome “Tor Vergata.”

Results: All patients with PTSD exhibited a significantly lower motor evoked potential (MEP) inhibition than controls at 2 ms, 3 ms and 4 ms ISI. The statistical analysis of the pTMS protocol showed a significant effect (F2,36 = 25.63, p < 0.001) of the factor “group,” because patients with PTSD showed a mean conditioned MEP amplitude higher than that observed in both control groups for all 6 ISIs analyzed. The “ISI” factor was also significant (F5,180 = 89.85, Greenhouse–Geisser ε = 0.35; p < 0.001), with the mean conditioned MEP amplitude increasing from 22.5% to 127.8% as the ISI increased from 1 ms to 6 ms. Finally, the interaction of group with ISI was also significant (F10,180 = 8.97, p < 0.001), showing that the condition of PTSD secondary to head trauma was able to affect the MEP amplitude at different ISIs. Conclusions: Our results demonstrate that PTSD can give rise to abnormalities in intracortical inhibition. Our results provide further evidence that alterations in cortical inhibitory circuits may underlie specific forms of neuroticism in humans.

Résumé

Objectif : Nous avons administré à des patients atteints d’un syndrome de stress post-traumatique (SSPT) apparu suite à un traumatisme crânien accidentel mineur un traitement faisant appel à la magnétostimulation transcrânienne par paires d’impulsions (MSTp). Nous cherchions à établir une éventuelle anomalie de l’excitabilité du cortex moteur chez les personnes atteintes de cette affection pathologique.

Méthodes : On a appliqué un traitement de stimulation par MSTp selon le paradigme d’essai de conditionnement faisant appel à des intervalles inter-stimuli (IIS) de 1 ms à 6 ms pour étudier l’inhibition intracorticale chez des sujets témoins et chez des patients atteints du SSPT. La population visée par l’étude comprenait 14 patients chez lesquels le SSPT était apparu suite à un traumatisme crânien mineur, 12 volontaires en bonne santé n’ayant pas d’antécédents cliniques de traumatisme crânien et 11 sujets en bonne santé ayant signalé un traumatisme crânien mineur accidentel de 1 à 4 mois avant l’étude. Cette étude clinique en électrophysiologie a été effectuée au Département des neurosciences de l’Université Tor Vergata à Rome.

Résultats : Suite à l’application d’IIS de 2 ms, de 3 ms et de 4 ms, l’inhibition du potentiel évoqué moteur (PEM) de tous les patients atteints du SSPT était considérablement plus faible que celle des sujets témoins. L’analyse statistique du protocole de MST par paires d’impulsions a révélé l’effet important (F2,36 = 25,63, p < 0,001) du facteur «groupe», puisque chez les patients atteints du SSPT, la moyenne de l’amplitude du PEM conditionné était supérieure à celle observée dans les deux groupes témoins suite à l’application des 6 IIS analysés. Le facteur «IIS» était aussi important (F5,180 = 89,85, Greenhouse–Geisser ε = 0,35; p < 0,001), étant donné qu’on a observé une augmentation de la moyenne de l’amplitude du PEM conditionné, qui est passée de 22,5 % à 127,8 %, suivant l’accroissement de l’IIS de 1 ms à 6 ms. Enfin, l’interaction du facteur groupe et du facteur IIS était également importante (F10,180 = 8,97, p < 0,001), ce qui démontre que le SSPT consécutif à un traumatisme crânien peut avoir une incidence sur l’amplitude du PEM selon divers IIS. Conclusions : Les résultats démontrent que le SSPT peut conduire à des anomalies au niveau de l’inhibition intracorticale. Ces résultats produisent d’autres preuves indiquant que des altérations des voies inhibitrices corticales pourraient sous-tendre certaines formes de névrosisme chez l’humain.


Medical subject headings: cortical excitability; hyperarousal; stress disorders, post-traumatic; transcranial magnetic stimulation.

Submitted Apr. 2, 2003; Revised Dec. 11, 2003; May 1, 2004; Accepted May 18, 2004

Competing interests: None declared.

Correspondence to: Dr. Diego Centonze, Clinica Neurologica, Dipartimento di Neuroscienze, Università di Tor Vergata, Via Montpellier 1, 00133 Rome, Italy; fax 39 06 7259 6006; centonze@uniroma2.it