Orbitofrontale Aktivierung und Aktivitätsdefizite gedächtnisassoziierter Hirnbereiche bei Patienten mit Schizophrenie

Abstract

Patienten mit Schizophrenie zeigen diverse kognitive Beeinträchtigungen, z. B. in den Bereichen Wahrnehmung, Denken, Affektivität oder soziale Interaktion. Bei manchen dieser Bereiche ist eine adäquate Verarbeitung von motivationalen Stimuli, die zu einem angemessenen Verhalten führen soll, von großer Bedeutung. Dem orbitofrontalen Cortex (OFC) wird eine Beteiligung an der Verarbeitung belohnender und bestrafender Stimuli zugeschrieben. Verschiedene Studien weisen zudem auf eine orbitofrontale Dysfunktion bei Patienten mit Schizophrenie hin. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die orbitofrontale Aktivität bei Patienten mit Schizophrenie mit Hilfe des Belohnungsparadigmas probabilistischer Object Reversal Test (pORT) gegenüber gesunden Probanden zu untersuchen. Der pORT schließt aufgrund seiner Komplexität auch andere wichtige neuropsychologische Komponenten wie die Gedächtnisfunktion (Arbeits- und episodisches Gedächtnis) ein. Studien weisen mehrfach auf Gedächtnisstörungen bei Patienten mit Schizophrenie hin. Dabei zeigen sich auch funktionelle Defizite gedächtnisassoziierter Hirnbereiche wie der mediotemporalen Region (Hippocampus, Parahippocampus), des posterioren Cingulum und des Präfrontalcortex (PFC) bei den Patienten. In diesem Zusammenhang erfolgt mittels pORT ebenfalls eine Untersuchung gedächtnisassoziierter Hirnbereiche bei unseren Patienten. Während der Durchführung des pORT wurden bei 21 Patienten mit Schizophrenie und 21 gesunden Probanden die Hirnströme mittels eines 32-Kanal- Elektroenzephalogramms (EEG) aufgezeichnet. Nach Aufarbeitung der EEG-Rohdaten einschließlich evozierter Potentiale wurde zur Lokalisation hirnelektrischer Quellen die Low Resolution Electromagnetic Tomography (LORETA) angewandt und mit dem im LORETA-Programm enthaltenen nonparametrischen voxelweisen LORETA-t-Test der Zeitbereich 80 - 480 ms post Stimulus untersucht. Im Vergleich zu Gesunden zeigten die Patienten signifikante Defizite in der Testleistung im pORT. In der LORETA konnte bei beiden Teilnehmergruppen eine signifikant höhere orbitofrontale Aktivität durch belohnende, bestrafende und neutrale Rückmeldestimuli hervorgerufen werden. Signifikante Unterschiede in orbitofrontaler Aktivität im Gruppenvergleich zeigten sich nicht. Beim Vergleich gedächtnisassoziierter Hirnbereiche zwischen Patienten und Gesunden fand sich eine signifikant geringere Aktivität im parahippocampalen Gyrus, posterioren Cingulum und frontopolaren Präfrontalcortex für die bestrafenden und/oder neutralen Rückmeldestimuli bei den Patienten; im Hippocampus zeigte sich ein Trend zur geringeren Aktivität für den neutralen Stimulus bei den Patienten. Unter Anwendung des pORT und der LORETA-Quellenanalyse ist es erstmals gelungen, orbitofrontale Quellen von evozierten Potentialen bei Patienten mit Schizophrenie darzustellen. Orbitofrontale Aktivitätsunterschiede im Gruppenvergleich wurden trotz einer schlechteren Testleistung der Patienten im pORT nicht gefunden. Es zeigten sich allerdings geringere Aktivierungen in der mediotemporalen Region, im posterioren Cingulum und im frontopolaren Präfrontalcortex bei den Patienten. Störungen dieser Hirnbereiche scheinen somit zur Pathophysiologie der Erkrankung Schizophrenie beizutragen. Weitere Studien sind notwendig, um die genauen Funktionen dieser Bereiche (insbesondere des frontopolaren PFC) bei mit dem Arbeits- und episodischen Gedächtnis verbundenen Aufgaben zu klären – vor allem in Bezug auf die Krankheit Schizophrenie.

Patients with schizophrenia show varied cognitive impairments, for example in domains of perception, thinking, affectivity or social interaction. In some of these domains an appropriate processing of motivational stimuli, which enables suitable behaviour, is of great importance. The orbitofrontal cortex (ofc) is attributed to participate in processing of rewarding and punishing stimuli. Furthermore several studies indicate an orbitofrontal dysfunction in patients with schizophrenia. The aim of the present study is to investigate the orbitofrontal activity in patients with schizophrenia compared to healthy controls by using the reward paradigm probabilistic Object Reversal Test (pORT). Because of its complexity the pORT also involves other important neuropsychological components such as memory function (working- and episodic memory). Multiple studies indicate memory disorders in patients with schizophrenia. Also functional deficits of memory associated brain areas like mediotemporal region (hippocampus, parahippocampus), posterior cingulum and prefrontal cortex (pfc) were shown. In this context memory associated brain areas in our patients are examined by using pORT, too. Brain waves of 21 patients with schizophrenia and 21 healthy controls were registered by using a 32-channel-EEG (encephalogram) during pORT-performance. After processing the EEG-raw data including evoked potentials the Low Resolution Electromagnetic Tomography (LORETA) was used to localize brain electrical sources. A nonparametric voxelwise LORETA-t-Test included in the LORETA-software examined the timeframe 80 – 480 ms post stimulus. Patients displayed signifikant deficits in the test-performance pORT compared to controls. In LORETA significant higher orbitofrontal activity was evoked by rewarding, punishing and neutral feedback stimuli for both participant groups. Significant differences in orbitofrontal activity in group comparison were not shown. Comparing memory associated brain areas of patients and controls, significant lower activity in the parahippocampal gyrus, posterior cingulum and frontopolar prefrontal cortex for punishing and/or neutral feedback stimuli was found in patients; a trend toward lower activity in hippocampus for the neutral stimulus was shown in patients. For the first time orbitofrontal sources of evoked potentials in patients with schizophrenia were depicted by using pORT and LORETA-source analysis. Despite patients showed a poorer test- perfomance in pORT, no ofc-activity differences in the group comparison were found. However, lower activations were shown in the mediotemporal region, posterior cingulum and frontopolar prefrontal cortex in the patients. Disorders of this brain areas therefore seem to contribute to the pathophysiology of the disease schizophrenia. Further studies are necessary to evaluate the exact functions of this areas (particularly of the frontopolar pfc) regarding working- and episodic memory-tasks – especially concerning the disease schizophrenia.