Elektrokonvulsiv terapi har ett PR-problem. Behandlingen, som skickar elektriska strömmar genom hjärnan för att framkalla ett kort anfall, har barbariska, omänskliga konnotationer - till exempel framställdes det som ett sadistiskt straff i filmen En flög över gökstugan. Men för patienter med depression som inte förbättras med mediciner kan elektrokonvulsiv terapi (ECT) vara mycket effektiv.

Studier har visat att cirka 50% till 70% av patienter med egentlig depression se deras symtom förbättras efter en ECT-kur. I jämförelse, mediciner som syftar till att förändra hjärnans kemi hjälper bara 10% till 40% av depressionspatienter.

Ändå, även efter många decennier av användning, vet forskarna inte hur ECT förändrar hjärnans underliggande biologi. Bradley Voytek, en neuroforskare vid University of California, San Diego, sa att en psykiater en gång sa till honom att terapin "startar om hjärnan" - en förklaring som han fann "verkligen otillfredsställande."

Nyligen parade Voytek och hans medarbetare sin forskning om hjärnans elektriska mönster med patientdata för att undersöka varför framkallande av anfall har antidepressiva effekter. I två studier som publicerades förra hösten, observerade forskarna att ECT och en relaterad anfallsterapi ökade ostrukturerat bakgrundsljud gömmer sig bakom väldefinierade hjärnvågor. Neuroforskare kallar detta bakgrundsljud "aperiodisk aktivitet".

Författarna föreslog att inducerade anfall kan hjälpa till att återställa hjärnans balans mellan excitation och hämning, vilket kan ha en övergripande antidepressiv effekt.

"Varje gång jag pratar med någon som inte är i det här fältet om det här arbetet är de som," gör de fortfarande det? Använder de fortfarande elektrochock? Jag trodde att det bara var i skräckfilmer", sa Sydney Smith, en doktorand i neurovetenskap i Voyteks labb och den första författaren till de nya studierna. "Att hantera stigmat runt det har blivit ännu mer av en motivation att ta reda på hur det fungerar."

För ungefär åtta år sedan slog Voytek ihop med psykiatern Maryam Soltani, också vid University of California, San Diego, och hennes kollegor, som samlade in elektroencefalogramdata om patienter som genomgår ECT för diagnostiserad allvarlig depressiv sjukdom. Forskarna fäste elektroder på framsidan av patienternas huvuden för att mäta hjärnans elektriska effekt före och efter ECT-behandling.

Årtionden av elektroencefalogramstudier har visat att en frisk hjärnas elektriska effekt producerar mönster av repetitiva svängningar eller hjärnvågor. Till exempel tenderar alfavågor, med frekvenser på 8 till 12 hertz, att dyka upp under djup avslappning eller sömn. Tidigare forskning som kopplade alfavågor med depression ledde till att Soltani och Voytek initialt antog att ECT påverkar alfavågor. Om det är sant, skulle det också hjälpa till att förklara varför ECT tenderar att göra det långsamma vissa frekvenser i elektroencefalogramutgången.

Men en preliminär analys av de två första patienterna visade något annorlunda: en markant ökning av aperiodisk aktivitet eller "bakgrundsljud" från hjärnan.

Detta bakgrundsljud har varit ett hett ämne för Voyteks labb de senaste åren. Istället för att fokusera på ordnade hjärnvågor, som alfavågor, som uppträder vid kända frekvenser, studerar Voytek den oordnade luddigheten däremellan. Även om aperiodisk aktivitet inte genererar något uppenbart mönster på ett elektroencefalogram, har hans grupp utvecklade statistiska verktyg som avslöjar dess underliggande struktur. Det är denna aperiodiska struktur som forskarna observerade i Soltanis ECT-patientdata.

I ett inledande studie av nio patienter, publicerad i november 2023 i Translational Psychiatry, rapporterade forskarna att den aperiodiska aktiviteten ökade efter ECT. Sedan i en medföljande studie, neuroforskarna tog itu med större datamängder som tidigare samlats in från 22 patienter får ECT och 23 patienter får magnetisk anfallsterapi, som använder magnetiska fält snarare än elektriska strömmar för att framkalla anfall. Dessa analyser fann också att aperiodisk aktivitet tenderade att öka efter terapierna.

Aperiodisk aktivitet tros relatera till balansen mellan excitation och hämning i hjärnan. När en neuron tar emot en signal från en annan neuron, kommer den att vara antingen exciterad eller hämmad - det vill säga antingen mer eller mindre benägen att avfyra. 2017 publicerade Voytek och medarbetare en studie i tidskriften NeuroImage som tyder på att aperiodisk aktivitet återspeglar hämmande processer.

Kopplingen mellan aperiodisk aktivitet och hämning behöver mer uppföljande forskning. Ändå, när forskarna lade det fyndet tillsammans med sin nya kliniska forskning, postulerade de att anfallsterapierna kunde hämma vissa grupper av neuroner, och att hämning kan visa sig som en ökning av aperiodisk aktivitet på elektroencefalogrammet.

Författarna spekulerade i att den hämmande effekten vid ECT kunde vara associerad med en minskning av depressionssymtom. "ECT kan lindra depressiva symtom genom att återställa hälsosamma nivåer av hämning i frontala cortex", skrev Smith och kollegor i sin första ECT-studie i november 2023.

Forskargruppen designade inte dessa experiment för att visa ett samband mellan aperiodisk aktivitet och depression. Det är möjligt att kopplingen existerar, men "att bevisa att det är ett helt annat spel," sa K. Ranga Rama Krishnan, senior rådgivare till VD:n för Rush University System for Health i Chicago. Krishnan, som tillbringade flera decennier med att övervaka ett program som inkluderade ECT vid Duke University, var inte involverad i studierna.

För att definitivt bevisa det skulle forskarna behöva studera en mycket större patientpopulation, sa Krishnan, och utföra en medveten experimentell design. Ändå är dessa papper "ett steg i rätt riktning", sa han.

En annan viktig takeaway är att de elektriska och magnetiska versionerna av terapierna genererade liknande förändringar i aperiodisk aktivitet, sa Sarah Lisanby, chef för den icke-invasiva neuromodulationsenheten vid National Institute of Mental Health, som inte var involverad i forskningen. Det tyder på att det inte är de elektriska fälten i ECT som lindrar symtom på depression, utan snarare det inducerade anfallet, sa hon.

Lisanbys senaste forskningen visar att magnetisk anfallsbehandling är lika effektiv som ECT och har färre och mindre allvarliga biverkningar. Men medan ECT är allmänt tillgängligt i kliniska miljöer, har magnetisk anfallsterapi inte godkänts av Food and Drug Administration och är endast tillgänglig i samband med forskningsstudier.

Smith och Voytek föreställer sig att om deras resultat håller i sig i framtida studier, kan aperiodisk aktivitet bli ett mått som en dag hjälper läkare att förutsäga vilka patienter som skulle ha störst nytta av dessa behandlingar. Medan ECT för närvarande är "som en slägga" i sin råa leverans till hjärnan, kan studier av dess mekanismer så småningom leda till en mer exakt, mindre stressande och bekvämare version av den, sa Voytek.

Utöver kliniska tillämpningar kan denna forskningslinje hjälpa patienter att förstå vad som händer i hjärnan under ECT och varför de kan dra nytta av det. "Åtminstone en del av det samtalet om riskerna och fördelarna med att få denna behandling kan vara som," Och det här är vad vi försöker förändra i din hjärna, " sa Smith.

För en patient, tillade hon, skulle den typen av förklaring vara bättre än att jämföra behandlingen med "en återställningsknapp."