Current Problems of Psychiatry

Current Problems of Psychiatry

Hyper-coherence and increased energy of gamma oscillations in patient with first onset schizophrenia and ...

ORIGINAL PAPER
Curr Probl Psychiatry 2016; 17(3): 141-148

DOI: 10.1515/cpp-2016-0015

© 2016 Medical University of Lublin. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution-NonComercial-No Derivs licence (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/)


Kamil Jonak1,3, Paweł Krukow2,3, Hanna Karakuła-Juchnowicz2,3

1 Institute of Technological Systems of Information, Lublin University of Technology, Poland

2 Department of Clinical Neuropsychiatry, Medical University of Lublin, Poland
3 Department of Psychiatry, Psychotherapy and Early Intervention, Medical University of Lublin, Poland

Abstract

Hyper-coherence and increased energy of gamma oscillations in patient with first onset schizophrenia and cerebral white matter damage

Background: According to current knowledge, gamma frequency is closely related to the functioning of neural networks underlying the basic activity of the brain and mind. Disorders in mechanisms synchronizing brain activity observed in patients diagnosed with schizophrenia are at the roots of neurocognitive disorders and psychopathological symptoms of the disease. Synchronization mechanisms are also related to the structure and functional effectiveness of the white matter. So far, not many analysis has been conducted concerning changes in the image of high frequency in patients with comorbid schizophrenia and white matter damage. The aim of this research was to present specific features of gamma waves in subjects with different psychiatric diagnoses and condition of brain structure.
Methods: Quantitative analysis of an EEG record registered from a patient diagnosed with schizophrenia and comorbid white matter hyperintensities (SCH+WM), a patient with an identical diagnosis but without structural brain changes present in the MRI (SCH-WM) of a healthy control (HC). The range of gamma waves has been obtained by using analogue filters. In order to obtain precise analysis, gamma frequencies have been divided into three bands: 30-50Hz, 50-70Hz, 70-100Hz. Matching Pursuit algorithm has been used for signal analysis enabling assessing the changes in signal energy. Synchronization effectiveness of particular areas of the brain was measured with the aid of coherence value for selected pairs of electrodes.
Results: The electrophysiological signals recorded for the SCH+WM patient showed the highest signal energy level identified for all the analyzed bands compared to the results obtained for the same pairs of electrodes of the other subjects. Coherence results revealed hipercompensation for the SCH+WM patient and her level differed substantially compared to the results of the other subjects.
Conclusions: The coexistence of schizophrenia with white matter damage can significantly disturb parameters of neural activity with high frequencies. The paper discusses possible explanations for the obtained results.

Streszczenie

Wstęp: Zgodnie z obecną wiedzą częstotliwość gamma jest ściśle powiązana z działaniem sieci neuronowych leżących u podstaw podstawowej aktywności mózgu i umysłu. Zaburzenia mechanizmów synchronizacji aktywności mózgu obserwowane u pacjentów z rozpoznaniem schizofrenii, są podstawą zaburzeń neuropoznawczych i objawów psychopatologicznych choroby. Mechanizmy synchronizacją są także związane ze strukturą i efektywnością istoty białej mózgu. Dotąd przeprowadzono niewiele analiz zmian w obrazie wysokich częstotliwości, występujących u pacjentów ze schizofrenią i jednocześnie uszkodzeniami istoty białej. Celem pracy było zobrazowanie specyficznych cech fal gamma u osób z różnym rozpoznaniem psychiatrycznym i stanie struktury mózgu
Metody: Przeprowadzono analizę ilościową zapisu EEG zarejestrowanego dla pacjentki chorej na schizofrenię wraz ze stwierdzonym uszkodzeniem istoty białej mózgu (SCH+WM), pacjentki z tożsamym rozpoznaniem, ale bez zmian strukturalnych widocznych w MRI (SCH-WM) oraz osoby zdrowej (HC). Zakres fal gamma uzyskano przez zastosowanie filtrów analogowych, w celu szerszej analizy częstotliwości gamma podzielono na trzy pasma: 30-50Hz, 50-70Hz, 70-100Hz. Do analizy sygnału użyto algorytmu Matching Pursuit, dzięki któremu oceniono zmiany w energii sygnału. Do sprawdzenia efektywności synchronizacji poszczególnych obszarów mózgu użyto wskaźnika koherencji dla wybranych par elektrod.
Wyniki: Wyniki przeprowadzonych analiz wskazują, że w zapisie EEG pacjentki SCH+WM zidentyfikowano najwyższy poziom energii sygnału dla wszystkich analizowanych pasm w porównaniu do wyników uzyskanych dla tych samych par elektrod pozostałych dwóch osób. Wyniki koherencji wykazały hiperkompensacje u SCH+WM a jej poziom różnił się zasadniczo od wyników pozostałych osób.
Wnioski: Współwystępowanie schizofrenii i uszkodzeń istoty białej może istotnie zakłócać parametry aktywności neuronalnej o wysokich częstotliwościach. Poddano dyskusji propozycje wyjaśnień uzyskanych wyników.

Keywords

schizophrenia, white matter, matching pursuit, coherence

Słowa kluczowe

schizofrenia, istota biała, matching pursuit, koherencja

Calendar

Grudzień 2018

Pon Wto Śro Czw Pią Sob Nie
          01 02
03 04 05 06 07 08 09
10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30
31            

Nasz serwis internetowy korzysta z plików cookie.
Służą one do zapamiętywania indywidualnych preferencji i ustawień użytkowników oraz w celach statystycznych. Każdy użytkownik ma możliwość samodzielnej zmiany ustawień dotyczących plików cookies w swojej przeglądarce internetowej.
Korzystając z serwisów Uniwersytetu Medycznego w Lublinie wyrażasz zgodę na używanie cookie, zgodnie z aktualnymi ustawieniami Twojej przeglądarki.
Dowiedz się więcej o cookies...
Więcej informacji o Polityce Prywatności