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Intraindividuelle Variabilität von Reaktionszeiten und ereigniskorrelierten Potentialen bei Patienten mit Schizophrenie und gesunden Probanden

Roth, Alexander

English Title: Intraindiviual Variability of Reaction Times and Event Related Potentials of Patients Suffering from Schizophrenia and Healty Controls

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PDF, German
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Abstract

In neuropsychologischen Studien wird zuerst die mittlere Aufgabenleistung verschiedener Probandengruppen unter verschiedenen Bedingungen betrachtet. Die Variabilität der Aufgabenleistung eines einzelnen Probanden wird als statistisches Rauschen kaum untersucht. Mittlerweile gibt es aus mehreren Studien Hinweise, dass die intraindividuelle Variabilität (IIV) bei Patienten mit Schizophrenie erhöht ist. Dabei wird diskutiert, ob diese Beobachtung spezifisch für Schizophrenie ist. Nur wenige Studien beschäftigen sich jedoch damit, ein neuronales Korrelat der erhöhten IIV zu finden. Der erste Teil der Arbeit hatte die Messung von IIV auf behavioraler Ebene bei einer Go/Nogo-Aufgabe mit gesunden Kontrollen und drei verschiedenen psychiatrischen Vergleichsgruppen zum Gegenstand. Als Operationalisierung der intraindividuellen Variabilität wurde die intraindividuelle Standardabweichung (ISD) und der intraindividuelle Variationskoeffizient (IVC) verwendet. Es zeigte sich, dass das unstandardisierte Maß ISD spezifisch schizophrene Patienten von den anderen Gruppen separiert. Basiert die IIV jedoch auf der IVC ergibt sich ein anderes Bild: alle psychiatrischen Gruppen unterscheiden sich von den Kontrollen, während zwischen den verschiedenen psychiatrischen Patientengruppen kein Unterschied festgestellt werden konnte. Ein bemerkenswerter Befund war, dass die IIV negativ mit der Aufgabenleistung korrelierte, d.h. eine erhöhte IIV hatte schlechtere Ergebnisse bei der Aufgabenbewältigung zur Folge. Dieser Effekt war zudem unabhängig von der Gruppe. Der zweite Teil der Arbeit konzentrierte sich auf die Entwicklung einer Methode, um die im ersten Teil auf behavioraler Ebene wiedergefundene erhöhte IIV der psychiatrischen Gruppen auch auf elektrophysiologischer Ebene nachweisen zu können. Dazu wurde eine wavelet-basierte single-trial-Analyse entwickelt, die es erlaubt, sowohl Latenz-Variabilität als auch Amplituden-Variabilität von ereigniskorrelierten Potentialen messbar zu machen. Als psychiatrische Gruppe wurden Schizophrenie-Patienten ausgewählt. Aus verschiedenen anderen Studien ist bekannt, dass bei dieser Erkrankung mit bemerkenswerter Konsistenz eine reduzierte P300 berichtet wurde. Aus diesem Grund wurde die P300-Komponente für die single-trial-Analyse als besonders interessant erachtet. Die P300 tritt in frontalen Arealen als P3a und in parietalen Arealen als P3b zutage. Die Methode deckte zwei verschiedene Instabilitätsmuster kognitiver Verarbeitung bei den Schizophrenie-Patienten auf. Frontal wurde eine erhöhte Latenzvariabilität festgestellt, während sich parietal eine erhöhte Amplitudenvariabilität manifestierte. Die frontale Latenzvariabilität korrelierte in der Go-Aufgabe mit der behavioralen Leistung. Die erhöhte Latenz-Variabilität wirkte sich also negativ auf den Erfolg bei der Aufgaben-Bewältigung aus. Für die signifikant erhöhte ISD auf der Verhaltensebene konnte somit ein entsprechendes Korrelat auf elektrophysiologischer Ebene gefunden werden, namentlich die erhöhte Latenzvariabilität im frontalen Bereich. Dies war gleichzeitig der stabilste Effekt, d.h. bei Änderung der Analyseparameter wie bspw. des Zeitintervalls für die P300 blieb dieser Effekt weiterhin konsistent bestehen. Darum kann die erhöhte frontale Latenz-Variabilität als Marker für instabile kognitive Verarbeitung bei Schizophrenie angesehen werden.

Translation of abstract (English)

In neuropsychological studies first the mean task performance of different subject groups under different conditions is to be considered. The variability of task performance of a single subject is hardly investigated because it is regarded as statistical noise. Meanwhile there is evidence from several studies indicating that intraindividual variability (IIV) is increased in patients with schizophrenia. There has been debate whether this observation is specific for schizophrenia. Only few studies deal with finding a neural correlate of increased IIV. The first part of this dissertation deals with the measurement of IIV by means of a Go/Nogo paradigm on a behavioral level including three psychiatric groups and one group with healthy subjects. The IIV was operationalized by the intraindividual standard deviation (ISD) and the intraindividual variation coefficient (IVC). It was shown, that the unstandardized measure ISD specifically segregated schizophrenic patients from all other groups. However, if IIV was based on IVC there was a completly different picture: all the psychiatric groups differed from the controls while there was no difference between the psychiatric groups. Noteable was the fact, that IIV correlated negative with task performance, which means that an increased IIV was associated with worse task performance. This effect was independent from group membership. The second part of the dissertation concentrated on the development of a method to map the results found at the behavioral level onto an electrophysiological level. Therefore a wavelet based single trial analysis was developed, which allowed to determine the latency variability and amplitude variability of event related potentials. As study group the schizophrenic patients only have been chosen. From different other studies it is known reliably that the P300 amplitude is reduced. For this reason the P300 was investigated further. The P300 is observed at frontal sites as P3a and at parietal sites as P3b. The new method uncovered two distinct patterns of cognitive instable processing within schizophrenic patients. There was an increased latency variability at the frontal site, while there was an increased amplitude variability at the parietal site. The frontally observed latency variability correlated with behavioral task performance in the Go task. Hence, the increased latency variability influenced success in task completion negatively. So it could be said that an electrophysiological correlate of the significantly increased ISD at the behavioral level could be found, namely the increased latency variability at the frontal site. At the same point this was the most stable effect, that is, when changing the analysis parameters (e.g. time interval of the P300) this effect remained consistent. Therefore the increased latency variability at the frontal site can be considered as a marker for instable cognitive processing in patients suffering from schizophrenia.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Dr. Matthias Weisbrod, Prof.
Date of thesis defense: 28. November 2007
Date Deposited: 12. Mar 2008 12:41
Date: 2007
Faculties / Institutes: Medizinische Fakultät Heidelberg > Psychiatrische Universitätsklinik
Subjects: 610 Medical sciences Medicine
Controlled Keywords: Wavelet-Analyse, Schizophrenie, Ereigniskorreliertes Potenzial, Variabilität, Instabilität
Uncontrolled Keywords: Wavelet-Analysis , Schizophrenia , Event Related Potential , Variability , Instability
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