Brain functional and structural long-term effects of electroconvulsive therapy and its association with clinical response and cognitive side effects

• Applicant: Professor Dr. Ronny Redlich
• Subject Area: Biological Psychiatry ; Clinical Psychiatry, Psychotherapy, Child and Adolescent Psychiatry
• Term: from 2019 to 2024
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 428363072

• Final Report Year: 2025

Final Report Abstract

Das Ziel des vorliegenden Projektes war die Untersuchung der neuronalen Wirkmechanismen der EKT mittels struktureller und funktioneller MRT in einem longitudinalen Fall-Kontroll-Stichprobendesign und deren Zusammenhang mit dem kognitiven Leistungsniveau. Die Daten und Ergebnisse liefern Evidenz für das individuelle Ansprechen von depressiven Patienten und Patientinnen auf eine EKT-Behandlung sowie deren zugrundeliegenden neuronalen Mechanismen. Insbesondere zeigen die Ergebnisse, dass EKT zu hirnstrukturellen Änderungen und -funktionellen Normalisierungen im limbischen System sowie mit Emotionsregulation-assoziierter präfrontaler Areale einhergeht und ermöglichen so die Entwicklung von Netzwerktheorien der Depression inklusive ihrer Behandlung. Darüber hinaus führt EKT zu signifikanten Zunahmen der grauen Substanz in temporalen Hirnarealen, welche jedoch im langfristigen Störungsverlauf wieder rückläufig zu sein scheinen. Die molekularen Wirkmechanismen (Neurogenese, Gliogenese, Dendritogenese) sind derzeit Bestandteil weiterer Forschung der molekularbiologischen Mechanismen der EKT. Zudem geben die Ergebnisse des Projektes weiteren Aufschluss über den Zusammenhang des kognitiven Funktionsniveaus und der EKT-Behandlung und tragen dazu bei, mittels multivariater maschineller Lernverfahren das individuelle klinische Ansprechen und Nebenwirkungsprofil einzelner Patienten basierend auf neurobiologischen Daten im Sinne der personalisierten Medizin bereits vor der Therapie vorherzusagen.

Publications

• Brain functional effects of electroconvulsive therapy during emotional processing in major depressive disorder. Brain Stimulation, 13(4), 1051-1058.
  Enneking, Verena; Dzvonyar, Fanni; Dück, Kerstin; Dohm, Katharina; Grotegerd, Dominik; Förster, Katharina; Meinert, Susanne; Lemke, Hannah; Klug, Melissa; Waltemate, Lena; Goltermann, Janik; Hülsmann, Carina; Borgers, Tiana; Böhnlein, Joscha; Sindermann, Lisa; Richter, Maike; Leehr, Elisabeth J.; Repple, Jonathan; Opel, Nils ... & Redlich, Ronny
  
• Accounting for symptom heterogeneity can improve neuroimaging models of antidepressant response after electroconvulsive therapy. Human Brain Mapping, 42(16), 5322-5333.
  Wade, Benjamin S. C.; Hellemann, Gerhard; Espinoza, Randall T.; Woods, Roger P.; Joshi, Shantanu H.; Redlich, Ronny; Dannlowski, Udo; Jorgensen, Anders; Abbott, Christopher C.; Oltedal, Leif & Narr, Katherine L.
  
• Correction: Electroconvulsive therapy-induced volumetric brain changes converge on a common causal circuit in depression. Molecular Psychiatry, 29(2), 543-543.
  Argyelan, Miklos; Deng, Zhi-De; Ousdal, Olga Therese; Oltedal, Leif; Angulo, Brian; Baradits, Mate; Spitzberg, Andrew J.; Kessler, Ute; Sartorius, Alexander; Dols, Annemiek; Narr, Katherine L.; Espinoza, Randall; van Waarde, Jeroen A.; Tendolkar, Indira; van Eijndhoven, Philip; van Wingen, Guido A.; Takamiya, Akihiro; Kishimoto, Taishiro; Jorgensen, Martin B. ... & Abbott, Christopher C.
  
• Electroconvulsive therapy-induced volumetric brain changes converge on a common causal circuit in depression. Molecular Psychiatry, 29(2), 229-237.
  Argyelan, Miklos; Deng, Zhi-De; Ousdal, Olga Therese; Oltedal, Leif; Angulo, Brian; Baradits, Mate; Spitzberg, Andrew J.; Kessler, Ute; Sartorius, Alexander; Dols, Annemiek; Narr, Katherine L.; Espinoza, Randall; van Waarde, Jeroen A.; Tendolkar, Indira; van Eijndhoven, Philip; van Wingen, Guido A.; Takamiya, Akihiro; Kishimoto, Taishiro; Jorgensen, Martin B. ... & Abbott, Christopher C.
  
• Long-term effects of electroconvulsive therapy on brain structure in major depression. Psychological Medicine, 54(5), 940-950.
  Borgers, Tiana; Enneking, Verena; Klug, Melissa; Garbe, Jasper; Meinert, Hannah; Wulle, Marius; König, Philine; Zwiky, Esther; Herrmann, Rebekka; Selle, Janine; Dohm, Katharina; Kraus, Anna; Grotegerd, Dominik; Repple, Jonathan; Opel, Nils; Leehr, Elisabeth J.; Gruber, Marius; Goltermann, Janik; Meinert, Susanne ... & Redlich, Ronny
  
• Associations between white matter microstructure and cognitive decline in major depressive disorder versus controls in Germany: a prospective case-control cohort study. The Lancet Psychiatry, 11(11), 899-909.
  Flinkenflügel, Kira; Meinert, Susanne; Hirtsiefer, Christopher; Grotegerd, Dominik; Gruber, Marius; Goltermann, Janik; Winter, Nils R.; Stein, Frederike; Brosch, Katharina; Leehr, Elisabeth J.; Böhnlein, Joscha; Dohm, Katharina; Bauer, Jochen; Redlich, Ronny; Hahn, Tim; Repple, Jonathan; Opel, Nils; Nitsch, Robert; Jamalabadi, Hamidreza ... & Dannlowski, Udo
  
• Electroconvulsive therapy and cognitive performance from the Global ECT MRI Research Collaboration. Journal of Psychiatric Research, 179, 199-208.
  Kiebs, Maximilian; Farrar, Danielle C.; Yrondi, Antoine; Cardoner, Narcis; Tuovinen, Noora; Redlich, Ronny; Dannlowski, Udo; Soriano-Mas, Carles; Dols, Annemiek; Takamiya, Akihiro; Tendolkar, Indira; Narr, Katherine L.; Espinoza, Randall; Laroy, Maarten; van Eijndhoven, Philip; Verwijk, Esmée; van Waarde, Jeroen; Verdijk, Joey; Maier, Hannah B. ... & Abbott, Christopher C.
  
• Interaction of perceived social support and childhood maltreatment on limbic responsivity towards negative emotional stimuli in healthy individuals. Neuropsychopharmacology, 49(11), 1775-1782.
  Borgers, Tiana; Rinck, Anne; Enneking, Verena; Klug, Melissa; Winter, Alexandra; Gruber, Marius; Kraus, Anna; Dohm, Katharina; Leehr, Elisabeth J.; Grotegerd, Dominik; Förster, Katharina; Goltermann, Janik; Bauer, Jochen; Dannlowski, Udo & Redlich, Ronny
  
• Persistence of amygdala hyperactivity to subliminal negative emotion processing in the long-term course of depression. Molecular Psychiatry, 29(5), 1501-1509.
  Klug, Melissa; Enneking, Verena; Borgers, Tiana; Jacobs, Charlotte M.; Dohm, Katharina; Kraus, Anna; Grotegerd, Dominik; Opel, Nils; Repple, Jonathan; Suslow, Thomas; Meinert, Susanne; Lemke, Hannah; Leehr, Elisabeth J.; Bauer, Jochen; Dannlowski, Udo & Redlich, Ronny
  
• Brain functional effects of cognitive behavioral therapy for depression: A systematic review of task-based fMRI studies. Journal of Affective Disorders, 368, 872-887.
  König, Philine; Zwiky, Esther; Küttner, Antonia; Uhlig, Marie & Redlich, Ronny