Evaluation von Gruppenunterschieden bei fMRI-Daten an einem Beispiel aus der psychiatrischen Forschung

Kellermann, Thilo; Schneider, Frank

doi:HT014997341

Evaluation von Gruppenunterschieden bei fMRI-Daten an einem Beispiel aus der psychiatrischen Forschung = Evaluation of group-differences in fMRI-datasets using an example of psychiatric research

Kellermann, Thilo^RWTH*

2007

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Thilo Kellermann

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2007

UmfangIII, 158 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Schneider, Frank (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2007-01-17

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-17792
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51878/files/Kellermann_Thilo.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Psychiatrie und Psychotherapie (535500-2)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Psychologie (frei) ; NMR-Tomographie (frei) ; Psychiatrie (frei) ; Neuropsychologie (frei) ; Neurologie (frei) ; funktionelle Bildgebung (frei) ; functional neuroimaging (frei) ; neuropsychology (frei) ; psychiatry (frei) ; neuroscience (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 150

Kurzfassung
Die Schizophrenie ist eine Erkrankung, die durch emotionale Beeinträchtigungen gekennzeichnet ist. Während das emotionale Erleben normal funktionieren kann, sind die Fähigkeiten schizophrener Patienten, äußere emotionale Reize zu verarbeiten deutlich eingeschränkt. Das Vermögen emotionale Gesichtsausdrücke wahrzunehmen und zu verarbeiten ist wahrscheinlich eine der wichtigsten Komponenten sozialer Interaktion, die bei schizophrenen Patienten gestört ist. Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich daher mit der Frage, ob sich Unterschiede zwischen Gesunden und schizophrenen Patienten bei der Verarbeitung von emotionalen Gesichsausdrücken in der Hirnaktivität manifestieren. Siebzehn schizophrene Männer und Frauen sind mittels funktioneller Kernspintomographie untersucht worden, während sie eine ereigniskorrelierte Aufgabe zur Emotionsdiskrimination durchführten, die freudige, traurige, ärgerliche, ängstliche und neutrale Gesichter beinhaltete. Die emotionsspezifischen Aktivierungen, die auf diese Weise erhoben wurden, sind mit jenen verglichen worden, die an 17 gesunden Probanden gemessen wurden, während sie die gleiche Aufgabe durchführten. Auf der Verhaltensebene konnte eine Beeinträchtigung der Patienten in der Spezifität festgestellt werden, die in sehr ähnlicher Weise in einer früheren Studie berichtet wurde. Die Gesunden wiesen in mehreren Regionen, die mit der Verarbeitung von Gesichtsausdrücken in Verbindung gebracht werden, höhere Aktivierungen als die Patienten auf. Hierzu gehören z.B. der rechte Gyrus fusiformis und der Gyrus temporalis superior; während ersterer die invarianten Eigenschaften eines Gesichts verarbeitet, prozessiert letzterer dynamische Aspekte. Obwohl die Amygdala eine zentrale Rolle bei Emotionen und auch bei der Verarbeitung von Gesichtern einnimmt, fielen die Unterschiede zwischen den Gruppen kleiner aus als erwartet und die Aktivität des Mandelkerns schwankte innerhalb der Gruppen meistens um Null. Im anterioren cingulären Cortex wurde ebenfalls eine höhere Aktivität der Gesunden im Vergleich zu den Patienten beobachtet. Diese Region ist ebenfalls mit emotionalen Prozessen in Verbindung gebracht worden, vor allem wenn ebenfalls kognitive Prozesse involviert sind. Der ventrolaterale präfrontale Cortex unterschied sich ebenfalls zwischen den Gruppen, wobei zu beobachten war, dass die Aktivität der Patienten sich denen der Gesunden anglich, wenn bedrohliche (ärgerliche und ängstliche) Gesichter präsentiert wurden. In den Basalganglien war die Aktivität der Patienten höher als bei Gesunden, was möglicherweise auch mit der Uberaktivität des dopaminergen Sytems bei Patienten mit Schizophrenie einhergehen könnte. Zusammenfassend weisen die hier vorgestellten Ergebnisse auf eine defizitäre Verarbeitung von Gesichtsausdrücken auf neuronaler Ebene bei Patienten mit Schizophrenie hin. Diese Prozesse scheinen bereits auf sehr frühen Stufen der Informationsverarbeitung messbar gestört zu sein und hängen möglicherweise mit Problemen dieser Patienten zusammen, die sie auf emotionaler und sozialer Ebene zeigen. Außerdem wurde an diesem Datensatz die inferenzstatistische Problematik der multiplen Vergleiche in der funktionellen Bildgebung aufgegriffen und Unterschiede zwischen vier gängigen statistischen Schwellen aufgezeigt. Dieses Problem der Wahl einer geeigneten Schwelle ist ohne Vorwissen objektiv nicht lösbar und wurde im Rahmen der funktionellen Bildgebung und im Zusammenhang der vorliegenden Daten diskutiert.

Schizophrenia can be characterized by an impairment in emotional processing. Whereas emotional experience of patients with schizophrenia might function normally, the ability to perceive emotional stimuli is disturbed. The accomplishment to perceive and process emotional facial expressions is probably one of the most important components of social interaction that is impaired in patients with schizophrenia. Therefore the present study dealt with the topic, if differences between healthy controls and patients with schizophrenia in the processing of facial expressions would also become manifest in different brain activity during the task. Seventeen men and women with schizophrenia have been investigated by means of functional magnetic resonance imaging, whilst performing an event-related emotion discrimination task. The stimuli consisted of happy, sad, angry, fearful and neutral facial expressions. The emotion-specific activations have been compared to those of 17 healthy control subjects, that performed the same task. An impairment of the patients' specificity could be observed at the behavioral level, that has been reported for a very similar task before. The healthy volunteers exhibited higher levels of activation than the patients in several areas that have been linked to processing of facial expressions. These included e.g. right fusiform gyrus and right superior temporal gyrus. The former is associated with the processing of invariant aspects of facial expressions, whereas the latter has been linked to dynamic aspects of such stimuli. Although the amygdala plays a key role in any kind of emotion, the difference between the groups was smaller than expected. Furthermore the activation of the amygdala within groups fluctuated around zero in most conditions. In the cingulate cortex a larger activation was observed for the control group as compared to the patients. This region has also been linked to motional processing, particularly when cognitive processes were involved as well. The ventrolateral prefrontal cortex also differed between groups. Here it was observed that the activity of the patients assimilated to that of the controls, when threatening faces (angry and fearful) were presented. The basal ganglia were more active in the patients than in controls, which might come along with the overactive dopaminergic system in schizophrenia patients. Taken together the presented results point to a deficient processing of facial expressions on a neuronal level in patients with schizophrenia. These operations seemed to be impaired at very early stages of information processing and might be related to the problems these patients demonstrate at emotional and social levels. Another topic that has been addressed in relation to this dataset was the multiple comparison problem, which leads to inferential challenges, particularly in functional imaging. Differences in activation patterns were reported between four prevalent statistical thresholds.The problem of defining a suitable threshold is not resolvable in an objective manner without prior knowledge. This challenge has been discussed in the framework of functional imaging and in relation to the data at hand.

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