Project

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State dependency in schizophrenia spectrum disorder

Applicant Bänninger Anja Katharina
Number 158984
Funding scheme Doc.Mobility
Research institution Division of General Internal Medicine San Francisco VA Medical Center
Institution of higher education Institution abroad - IACH
Main discipline Neurophysiology and Brain Research
Start/End 01.03.2015 - 30.11.2015
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All Disciplines (2)

Discipline
Neurophysiology and Brain Research
Neurology, Psychiatry

Keywords (4)

Schizophrenia; State dependent information processing; Working memory; Simultaneous EEG and fMRI

Lay Summary (German)

Lead
Menschliche Informationsverarbeitung variiert nicht nur abhängig vom Inhalt der Information, sondern auch vom momentanen Zustand der Person. Diese Perspektive ist besonders interessant bei psychiatrischen Erkrankungen wie der Schizophrenie, wo in sehr unterschiedlichen Kontexten dysfunktionales Erleben und Verhalten auftritt. Das Projekt soll weitere Erkenntnisse zu den zugrundeliegenden neurophysiologischen Mechanismen liefern. Dazu untersuchen wir funktionelle neuronale Netzwerke bei Patienten mit einer Schizophrenie und gesunden Kontrollprobanden im, vor und nach dem Übergang vom Ruhezustand zu einer Arbeitsgedächtnisaufgabe mithilfe von simultan gemessenem EEG und fMRT.
Lay summary

Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts

Schizophrenie ist eine schwerwiegende psychische Erkrankung deren Behandlungsmöglichkeiten und -erfolge noch limitiert sind. Studien haben Veränderungen der Gehirnaktivierung in bei Patienten mit einer Schizophrenie in ganz unterschiedlichen Bereichen aufgezeigt. Diese heterogenen Befunde deuten darauf hin, dass nicht einzelne neuronale Systeme wie für die Verarbeitung von visuellen Reizen oder der Sprache, sondern das Gehirn auf einer ganzheitlichen Ebene betroffen ist. Eine Theorie, welche diese Befunde zu integrieren vermag, ist die der zustandsabhängigen Informationsverarbeitung. Deren Grundannahme ist, dass der momentane Zustand des Gehirns die weitere Verarbeitung von aufkommenden inneren oder äusseren Reizen bestimmt. Daher sollte nicht nur die Gehirnaktivierung während, sondern auch kurz vor der Reizpräsentation wie auch im Ruhezustand untersucht werden.

Ziel dieser Studie ist, die Netzwerkaktivitäten des Gehirns von Patienten mit einer Schizophrenie und gesunden Kontrollprobanden im Übergang vom Ruhezustand zu einer Arbeitsgedächtnisaufgabe zu untersuchen.

Zum Erheben der funktionellen neuronalen Netzwerke haben wir die simultane Messung vom Elektroenzephalogramm (EEG) und der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) gewählt. Dabei informiert das EEG über den funktionellen Zustand und das fMRT über die genauen anatomischen Korrelate der Netzwerke.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Diese Studie leistet einen Beitrag zum weiteren Verständnis einer komplexen psychischen Erkrankung wie es die Schizophrenie ist. Neue diagnostische oder therapeutische Ansätze wie die Anwendung von Neurofeedback oder transkranieller Magnetstimulation (TMS) könnten daraus generiert werden.

Direct link to Lay Summary Last update: 05.12.2014

Responsible applicant and co-applicants

Publications

Publication
Abnormal Coupling Between Default Mode Network and Delta and Beta Band Brain Electric Activity in Psychotic Patients
Anja Baenninger, Vanessa A. Palzes, Brian J. Roach, Daniel H. Mathalon, Judith M. Ford, Thomas Koenig, Abnormal Coupling Between Default Mode Network and Delta and Beta Band Brain Electric Activity in Psychotic Patients, in Brain Connectivity, 7 (1), 34-44.
Inefficient preparatory fMRI-BOLD network activations predict working memory dysfunctions in patients with schizophrenia
Baenninger Anja, Diaz Hernandez Laura, Rieger Kathryn, Ford Judith M., Kottlow Mara, Koenig Thomas, Inefficient preparatory fMRI-BOLD network activations predict working memory dysfunctions in patients with schizophrenia, in frontiers in Psychiatry, 7(00029).

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
136249 Resting states of the brain and state dependent information processing in health and disease 01.01.2012 Sinergia

Abstract

Schizophrenia is a severe mental illness including disturbances ranging from primary sensory perception, cognitive tasks to the processing of social and emotional information. The heterogeneity of these disturbances makes it unlikely that this is caused by isolated processes, but that it rather reflects alterations on a whole-system-level.A promising approach to integrate the diverse findings in schizophrenia is the theory of state dependent information processing or “state dependency”. The core assumption of the theory is that the momentary state of the brain is the result of its pre-state interacting with upcoming perceptual or cognitive demands. Therefore, inter-trial variability in healthy subjects as well as dysfunctional brain responses in patients can be explained by differences in pre-stimulus or resting state brain activations.Within the framework of state dependency, the aim of this project is to investigate transitions of functional brain networks from resting to task-related states in patients with schizophrenia compared to healthy controls.For that purpose we use the nowadays feasible and well established simultaneous measurement of the Electroencephalography (EEG) and functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). The EEG provides unique information about the functional state whereas the fMRI provides unambiguous spatial information of cerebral networks. To capture task-related processes, we chose a working memory (WM) paradigm: First, WM performance involves various cognitive processes whereby we can assess the state of the brain on a whole-system level. Second, deficits in WM display a core feature of schizophrenia. Associating the spatial networks from the fMRI with synchronization measures of the EEG, we can investigate the coupling of the cerebral networks. We plan to perform this analysis in the transitions from rest to WM task and compare between patients and healthy controls. Thereby, we can illustrate how this coupling might be changed in schizophrenia patients. To our knowledge, this is the first study investigating the interaction of resting state and WM-related network activations in schizophrenia using combined EEG and fMRI. This project will foster the understanding of the neural mechanisms underlying this mental illness. Thereby, it may help to improve diagnostic and therapeutic approaches as for example by use of neurofeedback or Transcranial Magnetic Stimulation (TMS).
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