Συμπεριφορική και νευροαπεικονιστική μελέτη του χρόνου αντίδρασης σε ένα στοιχειώδες έργο λήψης απόφασης: συγκριτική ανάλυση ασθενών με νόσο πάρκινσον και ασθενών με σχιζοφρένεια

Abstract

Objective: Impairment of cognitive function such as speeded decision processing has been studied in Schizophrenia (SCZ) and Parkinson Disease (PD). Both disorders share a hypodopaminergic state of the prefrontal cortex, thus the question arises is whether similar deficits in decision processing share a similar neural substrate in these disorders.Methods: 30 medicated patients with SCZ and 30 healthy age and sex matched controls as well as 24 PD medicated patients and 28 age and sex matched controls performed the Eriksen Flanker Spacial Attention two-choice reaction time task while their brain activation was measured using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). The behavioral measures included the accuracy, the mean of reaction time (MnRT), the standard deviation of RT (RTSD) and the paremeters of the ex-Gaussian model (mu, sigma and tau).Behavioral Results: Larger mean RT and Ex-Gaussian mu was observed for schizophrenia patients compared to controls. The group difference was larger for incongruent versus congruent trials confirming a deficit in spatial attention for patients. A significant increase in RT-ISV measures (RTSD, sigma and tau) was also observed for patients compared to controls and but it was not found to be modulated by trial congruency. In contrast to SCZ, PD patients did not differ from controls in accuracy, mean reaction time (MnRT), standard deviation of RT and the ex-Gaussian paremeters of the RT distribution (mu, sigma and tau). A direct comparison of z-score deviances from healthy controls for all behavioral measures confirmed the significant differences between SCZ and PD.Imaging Results: Task difficulty related brain activation was observed in right-lateralized fronto-parietal cortical areas in PD patients and controls, while a more extensive bilateral fronto-parietal activation of cortical areas was present for SCZ patients and controls. Importantly, specific cortical areas were less activated during task performance in SCZ but not in PD patients compared to controls. Furthermore, hypo-activation of the dorsolateral prefrontal cortex in SCZ patients was found to be related to larger RT variability (especially tau) while there was no relation of behavioral measures with brain activation in PD patients. A direct comparison of z-score activation deviances from controls confirmed significant differences in prefrontal and cingulate cortical activation between SCZ and PD.Conclusion: Both behavioral and neuroimaging results suggest an increase in MnRT and RT-ISV during speed decision processing and hypo-activation of the prefrontal cortex related to increased RT-ISV in SCZ. The corresponding function in PD seems generally intact. These findings do not support the hypothesis of a common neural substrate of cognitive deficits and brain dysfunction in SCZ and PD.

Σκοπός: Διαταραχές των γνωστικών λειτουργιών, συμπεριλαμβανομένης της διαδικασίας ταχείας λήψης απόφασης, έχουν περιγραφεί τόσο στη Σχιζοφρένεια όσο και στη Νόσο του Πάρκινσον. Και οι δύο διαταραχές χαρακτηρίζονται από μειωμένα επίπεδα ντοπαμίνης στον προμετωπιαίο φλοιό. Το ερώτημα που προκύπτει είναι το κατά πόσο τα κοινά ελλείμματα που εμφανίζονται στις δύο διαταραχές οφείλονται σε ένα κοινό νευροφυσιολογικό υπόστρωμα στο Κεντρικό Νευρικό Σύστημα (ΚΝΣ).Μέθοδος: 30 ασθενείς με Σχιζοφρένεια υπό φαρμακευτική αγωγή και 30 υγιείς μάρτυρες αυτών εξομοιωμένοι ως προς το φύλο και την ηλικία καθώς και 24 ασθενείς με Νόσο Πάρκινσον και 28 υγιείς μάρτυρες αυτών εξομοιωμένοι ως προς το φύλο και την ηλικία ολοκλήρωσαν ένα απλό έργο χωρικής προσοχής και λήψης απόφασης μεταξύ δύο επιλογών γνωστό ως “Eriksen Flanker Spatial Attention Τask” με ταυτόχρονη λειτουργική απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (functional Magnetic Resonance Imaging - fMRI). Οι συμπεριφορικοί δείκτες προς ανάλυση περιελάμβαναν την ακρίβεια, τον μέσο χρόνο αντίδρασης (μέσος Χ.Α), την τυπική απόκλιση του χρόνου αντίδρασης (τυπική απόκλιση Χ.Α) καθώς και τις τρεις παραμέτρους του μοντέλου ex-Gaussian (mu, sigma και tau) για τον Χ.Α.Συμπεριφορικά αποτελέσματα: Οι ασθενείς με Σχιζοφρένεια εμφάνισαν υψηλότερους χρόνους αντίδρασης (μέσος Χ.Α και παράμετρος mu) συγκριτικά με την ομάδα ελέγχου. H διαφορά αυτή παρατηρήθηκε ακόμη μεγαλύτερη για τους ασθενείς συγκριτικά με τους υγιείς μάρτυρες στις δύσκολες συγκριτικά με τις εύκολες δοκιμές του έργου επιβεβαιώνοντας την ύπαρξη ελλείμματος στη λειτουργία χωρικής προσοχής στη Σχιζοφρένεια. Επιπλέον, παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντικά αυξημένη ενδο-ατομική διακύμανση (τυπική απόκλιση του Χ.Α και παράμετροι sigma και tau) για τους ασθενείς χωρίς στατιστικά σημαντική επίδραση του τύπου της δοκιμής στους δείκτες αυτούς. Σε αντίθεση με τη Σχιζοφρένεια, οι ασθενείς με Νόσο Πάρκινσον δεν παρουσίασαν στατιστικά σημαντικές διαφορές από την αντίστοιχη ομάδα ελέγχου σε κανέναν από τους υπό μελέτη συμπεριφορικούς δείκτες (ακρίβεια, μέσος Χ.Α, τυπική απόκλιση Χ.Α, παράμετροι mu, sigma και tau). Η απευθείας σύγκριση από τους υγιείς μάρτυρες με τη χρήση τιμών z (z-scores) επιβεβαίωσε τις στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ των ασθενών με Σχιζοφρένεια και Νόσο Πάρκινσον.Νευροαπεικονιστικά αποτελέσματα: Οι δύσκολες δοκιμές (επίδραση τύπου δοκιμής) οδήγησαν στην ενεργοποίηση μετωπιαίων και βρεγματικών -δεξιών κυρίως- φλοιωδών περιοχών στους ασθενείς με Πάρκινσον και στην αντίστοιχη ομάδα ελέγχου. Μια πιο εκτεταμένη αμφίπλευρη ενεργοποίηση μετωπιαίων και βρεγματικών περιοχών παρατηρήθηκε για τους ασθενείς με Σχιζοφρένεια και τους υγιείς μάρτυρες αυτών στις δύσκολες συγκριτικά με τις εύκολες δοκιμές (επίδραση τύπου δοκιμής). Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι οι ασθενείς με Σχιζοφρένεια ενεργοποίησαν λιγότερο κάποιες συγκεκριμένες φλοιώδεις περιοχές συγκριτικά με την ομάδα ελέγχου ανεξάρτητα από τον τύπο της δοκιμής (εύκολη ή δύσκολη). Δεν παρατηρήθηκαν αντίστοιχα ευρήματα διαφορών στην εγκεφαλική ενεργοποίηση των ασθενών με Πάρκινσον συγκριτικά με την αντίστοιχη ομάδα ελέγχου. Επιπλέον, η υπο-ενεργοποίηση ιδιαίτερα της περιοχής του ραχιαίου προμετωπιαίου φλοιού στους ασθενείς με Σχιζοφρένεια συγκριτικά με την ομάδα ελέγχου βρέθηκε να σχετίζεται με μεγαλύτερη διακύμανση στους Χ.Α (κυρίως με την παράμετρο tau). Δεν παρατηρήθηκε αντίστοιχη συσχέτιση μεταξύ συμπεριφορικών δεικτών και εγκεφαλικής ενεργοποίησης στους ασθενείς με Πάρκινσον. Η απευθείας σύγκριση των αποκλίσεων ενεργοποίησης από τους υγιείς μάρτυρες με τη χρήση τιμών z επιβεβαίωσε την ύπαρξη στατιστικά σημαντικών διαφορών στην ενεργοποίηση προμετωπιαίων και φλοιωδών εγκεφαλικών περιοχών μεταξύ των ασθενών με Σχιζοφρένεια και Νόσο Πάρκινσον. Συμπεράσματα: Τόσο τα συμπεριφορικά όσο και τα νευροαπεικονιστικά αποτελέσματα υποδηλώνουν αύξηση του Χ.Α και της ενδο-ατομικής μεταβλητότητας αυτού στη διαδικασία ταχείας λήψης απόφασης καθώς και σχετική με την αύξηση της ενδο-ατομικής μεταβλητότητας του Χ.Α υπο-ενεργοποίηση του προμετωπιαίου φλοιού στη Σχιζοφρένεια. Η αντίστοιχη λειτουργία στη Νόσο του Πάρκινσον φαίνεται γενικά άθεικτη. Τα ευρήματα αυτά δεν επιβεβαιώνουν την υπόθεση για ένα κοινό υπόστρωμα γνωστικών ελλειμμάτων και εγκεφαλικής δυσλειτουργίας στη Σχιζοφρένεια και τη Νόσο Πάρκινσον.