Neural substrates of social and self-referential stimulus processing in mania as investigated with fMRI

Abstract

Introduction: Patients with mania show alterations of social behaviour, characterized by excessive involvement in pleasurable social activities and inappropriate social communication and interaction. These deficits in social competence may be caused by underlying impairments in social cognitive functions. Manic patients also exhibit feeling of grandiosity, that hint at an impaired processing of self-referential stimuli. Based on clinical observations and previous behavioural findings of social deficits in mania, we studied the neural substrates of (1) impaired social cognition and (2) self- referential processsing for the first time in patients with mania in their acute phase. We focused on areas such as the medial prefrontal cortex and the temporo-parietal junction, which are involved in social cognition in healthy subjects, and the cortical midline structures, especially the medial prefrontal cortex, which is implicated in self-referential processing. Methods: In the first paradigm the neuronal response to standardized pictures with social and non-social content was compared in 14 patients with bipolar 1 disorder in mania to healthy controls using BOLD-fMRI as a surrogate marker of neuronal activity. In the second paradigm we investigated the self-referential processing in the same design, by asking the patients to indicate, whether the presented pictures personally related to them or not. In the group analysis the results of both experiments were contrasted with those of 14 matched healthy volunteers. Results: The study (1) found in the group contrast diminished response in patients with mania in the dorsomedial prefrontal cortex and increased response in the temporo-parietal junction in response to social stimuli. The response in the temporo-parietal junction correlated positively with the score of delusional ideation. The study (2) found decreased activation to self-referential stimuli in mania in ventromedial prefrontal cortex and increased response in precuneus/posterior cingulate cortex. Discussion: The finding of decreased activation to social stimuli in patients with mania in the dorsomedial prefrontal cortex may be related to deficits in making cognitive inferences about others’ mental states. The finding of increased activation of the temporo-parietal junction in manic patients is likely related to exaggerated attribution of meaning to social stimuli. The pattern of increased activation in precuneus/posterior cingulate cortex and decreased activation in ventromedial prefrontal cortex to self- referential stimuli in mania may reflect the clinical presentation of increased focus on external content, resulting in increased distractibility and flight of ideas in mania.

Hintergrund: Patienten mit Manie zeigen Veränderungen des sozialen Verhaltens, die durch übermäßige Einbindung in angenehme soziale Aktivitäten und unangemessene soziale Kommunikation und Interaktion geprägt sind. Diese Beeinträchtigungen der sozialen Kompetenz gründen in Störungen der sozialen kognitiven Funktionen. Ebenso kann das Gefühl der Grandiosität bei Patienten mit Manie als Hinweis auf eine gestörte Verarbeitung von selbst-referenziellen Stimuli verstanden werden. Basierend auf klinischen Beobachtungen und früheren Verhaltensstudien zu sozialen Defiziten bei Manie adressiert die vorliegende Arbeit das mögliche neuronale Substrat (1) gestörter sozialer Kognition und (2) selbst-referenzieller Verarbeitung erstmals bei Patienten mit Manie in ihrer manischen Phase. Dabei wird ein Schwerpunkt auf die Untersuchung von Arealen gelegt, die wie der mediale präfrontale Kortex und temporo-parietaler Übergang ausgehend von bildgebenden Untersuchungen bei Gesunden in sozialer Kognition beteiligt sind, während kortikale Mittellinienstrukturen - hier insbesondere der mediale präfrontale Kortex - bei selbst-referenzieller Verarbeitung eine Rolle zu spielen scheinen. Methoden: Bei 14 Patienten mit einer bipolaren 1 Erkrankung wurde im ersten Paradigma zur sozialen Kognition die neuronale Antwort auf standardisierte Bilder mit sozialen und nicht- sozialen Inhalt mittels BOLD-fMRI als Surrogatparameter neuronaler Aktivität in einem ereigniskorrelierten Design verglichen. In einem zweiten Paradigma untersuchten wir selbst-referenzielle Verarbeitung im gleichen Design, indem die Patienten angaben, ob die präsentierten Bilder für sie einen persönlichen Bezug hatten oder nicht. In einer Gruppenanalyse wurden die Ergebnisse beider Untersuchungen dann mit denen von 14 gleichaltrigen Gesunden kontrastiert. Ergebnisse: In Studie (1) zeigte sich im Gruppenkontrast eine verminderte Aktivierung bei Patienten mit Manie im dorsomedialen präfrontalen Kortex und eine erhöhte Aktivität im temporo-parietalen Übergang in Antwort auf soziale Stimuli. Die Aktivierung im temporo-parietalen Übergang korrelierte dabei positiv mit den skalierten wahnhaften Vorstellungen. Studie (2) ergab eine verminderte Aktivierung in Antwort auf selbst-referenzielle Stimuli bei den manischen Patienten im ventromedialen präfrontalen Kortex, während sie im Precuneus / posterioren cingulären Cortex vermehrt aktivierten. Diskussion: Die verminderte Aktivierung auf soziale Stimuli im dorsomedialen präfrontalen Kortex bei Patienten mit Manie kann zu Defiziten bei Rückschlüssen auf mentale Zustände anderer in Beziehung gesetzt werden. Die vermehrte Aktivierung des temporo-parietalen Übergangs bei manischen Patienten spiegelt wahrscheinlich eine übertriebene Bedeutungsattribution zu den sozialen Stimuli wider. Ebenso kann das Muster der erhöhten Aktivierung in Precuneus / posterioren cingulären Cortex und die verminderte Aktivierung im ventromedialen präfrontalen Kortex auf selbst-referenzielle Stimuli den verstärkten Fokus auf externe Inhalte reflektieren, was klinisch mit einer erhöhten Ablenkbarkeit und Ideenflucht korreliert.