Previous research suggests that depressed individuals engage in prolonged elaborative processing of emotional information. A computational neural network model of emotional information processing suggests this process involves sustained amygdala activity in response to processing negative features of information. This study examined whether brain activity in response to emotional stimuli was sustained in depressed individuals, even following subsequent distracting stimuli.Seven depressed and 10 never-depressed individuals were studied using event-related functional magnetic resonance imaging during alternating 15-sec emotional processing (valence identification) and non-emotional processing (Sternberg memory) trials. Amygdala regions were traced on high-resolution structural scans and co-registered to the functional data. The time course of activity in these areas during emotional and non-emotional processing trials was examined.During emotional processing trials, never-depressed individuals displayed amygdalar responses to all stimuli, which decayed within 10 sec. In contrast, depressed individuals displayed sustained amygdala responses to negative words that lasted throughout the following non-emotional processing trials (25 sec later). The difference in sustained amygdala activity to negative and positive words was moderately related to self-reported rumination.Results suggest that depression is associated with sustained activity in brain areas responsible for coding emotional features.

Background Major depressive disorder is characterized by increased and sustained emotional reactivity, which has been linked to sustained amygdala activity. It is also characterized by disruptions in executive control, linked to abnormal dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) function. These mechanisms have been hypothesized to interact in depression. This study explored relationships between amygdala and DLPFC activity during emotional and cognitive information processing in unipolar depression. Method Twenty-seven unmedicated patients with DSM-IV unipolar major depressive disorder and 25 never-depressed healthy control subjects completed tasks requiring executive control (digit sorting) and emotional information processing (personal relevance rating of words) during event-related functional magnetic resonance imaging (fMRI) assessment. Results Relative to control subjects, depressed subjects displayed sustained amygdala reactivity on the emotional tasks and decreased DLPFC activity on the digit-sorting task. Decreased relationships between the time-series of amygdala and DLPFC activity were observed within tasks in depression, but different depressed individuals showed each type of bias. Conclusions Depression is associated with increased limbic activity in response to emotional information processing and decreased DLPFC activity in response to cognitive tasks though these may reflect separate mechanisms. Depressed individuals also display decreased relationships between amygdala and DLPFC activity, potentially signifying decreased functional relationships among these structures. Major depressive disorder is characterized by increased and sustained emotional reactivity, which has been linked to sustained amygdala activity. It is also characterized by disruptions in executive control, linked to abnormal dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) function. These mechanisms have been hypothesized to interact in depression. This study explored relationships between amygdala and DLPFC activity during emotional and cognitive information processing in unipolar depression. Twenty-seven unmedicated patients with DSM-IV unipolar major depressive disorder and 25 never-depressed healthy control subjects completed tasks requiring executive control (digit sorting) and emotional information processing (personal relevance rating of words) during event-related functional magnetic resonance imaging (fMRI) assessment. Relative to control subjects, depressed subjects displayed sustained amygdala reactivity on the emotional tasks and decreased DLPFC activity on the digit-sorting task. Decreased relationships between the time-series of amygdala and DLPFC activity were observed within tasks in depression, but different depressed individuals showed each type of bias. Depression is associated with increased limbic activity in response to emotional information processing and decreased DLPFC activity in response to cognitive tasks though these may reflect separate mechanisms. Depressed individuals also display decreased relationships between amygdala and DLPFC activity, potentially signifying decreased functional relationships among these structures.

The contributions of separate sympathetic and parasympathetic pathways to pupillary dilation during a sustained processing task were studied through environmental and pharmacological manipulations. In Experiment 1, 22 healthy volunteers (11 female) performed a serial Subtract 7 task while pupil diameter was recorded both during moderate room light and in darkness. In a control for verbalization, subjects performed an easier Add 1 task. In all conditions, pupil diameter increased significantly during the response period as compared to a pre-verbalization baseline period. Pupillary dilation was increased for the difficult task, and further increase in dilation was associated with recording in light. This suggests a major differential contribution to task difficulty mediated through inhibition of the parasympathetic pathway. In Experiment 2, a subgroup of 12 volunteers (seven female) repeated all conditions at three additional sessions in which one eye was instilled with tropicamide (to block the parasympathetic sphincter muscle), dapiprazole (to block the sympathetic dilator muscle) or placebo. All pharmacological conditions resulted in overall dilation during task performance. Differential performance similar to the placebo condition was seen only in the dapiprazole condition, when parasympathetic activation was intact. The findings suggest that sustained performance during a difficult task is modulated by cortical inhibition of the parasympathetic pathway at the oculomotor nucleus. Moreover, modulation of both ambient light intensity and pharmacological blockade of the final pupillary musculature were observed to provide converging approaches for quantifying the activity of identifiable central autonomic pathways.

Pupil dilation and blinks provide complementary, mutually exclusive indices of information processing. Though each index is associated with cognitive load, the occurrence of a blink precludes the measurement of pupil diameter. These indices have generally been assessed in independent literatures. We examine the extent to which these measures are related on two cognitive tasks using a novel method that quantifies the proportion of trials on which blinks occur at each sample acquired during the trial. This measure allows cross-correlation of continuous pupil-dilation and blink waveforms. Results indicate that blinks occur during early sensory processing and following sustained information processing. Pupil dilation better reflects sustained information processing. Together these indices provide a rich picture of the time course of information processing, from early reactivity through sustained cognition, and after stimulus-related cognition ends.

Importance

 Selecting effective antidepressants for the treatment of major depressive disorder (MDD) is an imprecise practice, with remission rates of about 30% at the initial treatment. 

Objective

 To determine whether pharmacogenomic testing affects antidepressant medication selection and whether such testing leads to better clinical outcomes. 

Design, Setting, and Participants

 A pragmatic, randomized clinical trial that compared treatment guided by pharmacogenomic testing vs usual care. Participants included 676 clinicians and 1944 patients. Participants were enrolled from 22 Department of Veterans Affairs medical centers from July 2017 through February 2021, with follow-up ending November 2021. Eligible patients were those with MDD who were initiating or switching treatment with a single antidepressant. Exclusion criteria included an active substance use disorder, mania, psychosis, or concurrent treatment with a specified list of medications. 

Interventions

 Results from a commercial pharmacogenomic test were given to clinicians in the pharmacogenomic-guided group (n = 966). The comparison group received usual care and access to pharmacogenomic results after 24 weeks (n = 978). 

Main Outcomes and Measures

 The co–primary outcomes were the proportion of prescriptions with a predicted drug-gene interaction written in the 30 days after randomization and remission of depressive symptoms as measured by the Patient Health Questionnaire–9 (PHQ-9) (remission was defined as PHQ-9 ≤ 5). Remission was analyzed as a repeated measure across 24 weeks by blinded raters. 

Results

 Among 1944 patients who were randomized (mean age, 48 years; 491 women [25%]), 1541 (79%) completed the 24-week assessment. The estimated risks for receiving an antidepressant with none, moderate, and substantial drug-gene interactions for the pharmacogenomic-guided group were 59.3%, 30.0%, and 10.7% compared with 25.7%, 54.6%, and 19.7% in the usual care group. The pharmacogenomic-guided group was more likely to receive a medication with a lower potential drug-gene interaction for no drug-gene vs moderate/substantial interaction (odds ratio [OR], 4.32 [95% CI, 3.47 to 5.39];P < .001) and no/moderate vs substantial interaction (OR, 2.08 [95% CI, 1.52 to 2.84];P = .005) (P < .001 for overall comparison). Remission rates over 24 weeks were higher among patients whose care was guided by pharmacogenomic testing than those in usual care (OR, 1.28 [95% CI, 1.05 to 1.57];P = .02; risk difference, 2.8% [95% CI, 0.6% to 5.1%]) but were not significantly higher at week 24 when 130 patients in the pharmacogenomic-guided group and 126 patients in the usual care group were in remission (estimated risk difference, 1.5% [95% CI, −2.4% to 5.3%];P = .45). 

Conclusions and Relevance

 Among patients with MDD, provision of pharmacogenomic testing for drug-gene interactions reduced prescription of medications with predicted drug-gene interactions compared with usual care. Provision of test results had small nonpersistent effects on symptom remission. 

Trial Registration

 ClinicalTrials.gov Identifier:NCT03170362