Sensory and motor networks in psychotic disorders: from brain structure and function to phenomenology

Psykotiske lidelser påvirker vår grunnleggende virkelighetsopplevelse, og innebærer blant annet hallusinasjoner og vrangforestillinger, uvirkelighetsfornemmelser og følelsen av å bli overveldet av sanseinntrykk. Slike symptomer kan forstås som forstyrret sensorisk prosessering. Til tross for de enorme kostnadene ved disse lidelse, har tiår med omfattende forskning ikke klart å identifisere de underliggende mekanismene, noe som hindrer utviklingen av nye og effektive behandlinger. En mulig årsak til psykose er forstyrrelser i hjernens myelin, som omgir nerveceller og er av avgjørende betydning for ledningen av elektriske signaler i nervesystemet. Eksisterende forskning gir betydelig støtte for både endret myelinisering og avvikende sensoriske prosessering i psykotiske lidelser, men det er fortsatt ukjent hvordan disse faktorene relaterer seg til hverandre, og om de utgjør en felles sykdomsmekanisme for en bestemt undergruppe av pasienter. Vår hypotese var at endret myelinisering både innen og mellom sensoriske og motoriske områder i hjernen medfører at aktiviteten i disse områdene blir dårligere synkronisert, noe som kan resulterer i både endret sensorisk prosessering og psykotiske erfaringer. Vi analyserte myelinrelaterte endringer i hjernebarken hos pasienter med psykoser og friske kontrollpersoner, men uten noen robuste forskjeller mellom grupper. Men videre analyser indikerte en effekt på myelin av antipsykotisk medisin. I analyser av cortex med magnetisk resonansavbildning (MRI) mål (DTI) av hvit substans fantes noen sammenhenger med hallusinasjone, noe som utfordret tidligere hypoteser om endret hvit substans mikrostruktur i språk- og auditive omårder av hjernen. Vi analyserte MRI-indekser med elektroencefalografi (EEG) i hjernebarken, og fant endinger hos pasienter med schizofreni som tyder på at et vanlig nevralt substrat kan ligge til grunn. En MRI-myelinindeks for grå substans i den auditive hjernebarken korrelerte ikke med et EEG-målinger, selv om kjønnseffekter blant pasienter kan være av betydning. Det ble også gjort flere analyser av EEG og MRI målinger av hjernen, men det var få sikre sammenhenger. Vi undersøkte også sammenhenger mellom kliniske symptomer og MRI- og EEG. Disse var noe svekket hos pasienter med schizofreni og bipolar lidelse, ellers var det får robuste forskjeller mellom pasienter og kontroller. Samlet gir disse funn bedre innsikt i mulige underliggende årsaksmekanismer relatert til hjernens hvit substans ved schizofreni.

Our major hypothesis about robust case-control differences between cortical myelination and psychotic illness could not be verified. Our research could add to the literature on the topic and further suggest new ways to pursue the upcoming research needed to further delve in to this topic. We participate in the ENIGMA EEG collaboration, where collaborations between research groups all over world give possibilities to obtain large samples (> 10 000 individuals) for robust results, including genetic associations to resting state EEG indices. Such efforts will make it possible to further share light on the mechanisms behind synaptic activity.

Psychotic disorders disrupt the core of human experience, and the cost for affected individuals and society is high. There is evidence of both myelination deficits and sensory processing deficits in psychotic disorders, but it is unknown how they relate to each other, and whether they constitute a common pathophysiological mechanism for a specific subgroup of patients. Since 2004 patients with psychosis (n=1600) and control subjects (n=1000) have been investigated thoroughly including clinical, neuropsychological, genetic as well as magnetic resonance imaging (MRI), since 2012 including diffusion tensor imaging assessments within an ongoing project (NORMENT-TOP). Since 2016 subjects are also investigated with electroencephalography (EEG) including three different event-related potential (ERP) and one resting state paradigm. Myelin-related alterations of grey and white matter will be examined by MRI. Potential genetic associations with intracortical myelination will be investigated. EEG auditory paradigms will be analyzed with regard to myelination status in auditory cortical regions, the visual paradigm in conjunction with myelination status in visual cortex and oscillatory resting paradigm will be examined in relation to myelination status of regions with attenuated long-range correlations in patients. Psychotic symptoms already assessed, as well as novel measures capturing more subtle phenomena, will be analysed in relation to EEG and MRI examinations. In order to further test the corollary discharge hypothesis, an ERP button-pressing paradigm and a new functional MRI paradigm, possible to use examining BOLD activation in self-generated versus passive/distorted conditions, will be piloted. The project will give further knowledge about the myelination and delayed corollary discharge hypothesis of psychosis, which may provide targets for new drugs, biomarkers for earlier detection, and better individualization of medical and non-medical treatment.