title: Neural Networks of Self- and Other-Representation and Their Integrity in Schizophrenia
title: Neurale Netzwerke der Selbst- und Fremdrepräsentation und deren Integrität bei Schizophrenie
Creators: name: Backasch, Bianca
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2013
Subjects: fMRT, Kooperationswahrnehmung
Schizophrenie , Soziale Wahrnehmung
Theory of mind
mirror neuron system
Naturwissenschaften
fMRI
theory of mind
Spiegelneuronensystem, Efferenzkopie-Mechanismus
efference copy, cooperation

description: Die erfolgreiche Teilnahme an
      sozialen Interaktionen innerhalb unserer Gesellschaft ist für
      das Überleben unerlässlich. An zugrunde liegende Prozesse
      muss unser Gehirn bestens angepasst sein. Allerdings gehören
      gestörte soziale Kognitionsfähigkeiten bei der Schizophrenie
      zur Kernsymptomatik (Frith, 1992). In der vorliegenden
      Dissertation wurden die Prozesse im Gehirn von Patienten mit
      Schizophrenie sowie im nicht-pathologischen Gehirn
      untersucht, die an sozialen Kognitions-Fähigkeiten beteiligt
      sind. Dazu wurden drei funktionelle
      Magnetresonanz-Tomographie (fMRT) Studien durchgeführt, die
      sich mit (1) der Wahrnehmung von Kooperation, (2) der
      Wahrnehmung eigener sowie fremder Handlungen und (3) der
      Unterscheidung eigener und fremder Handlungen beschäftigen.
      Die Wahrnehmung von Kooperation als Form der sozialen
      Interaktion wurde bisher nur selten untersucht. Zusätzlich
      ist bekannt, dass Betroffene ein verändertes
      Kooperationsverhalten zeigen (z. B. Wischniewski et al.,
      2009) und unter Verfolgungswahn leiden. Um einen möglichen
      Zusammenhang zwischen defizitärer Wahrnehmung sozialer
      Interaktion und der Wahnsymptomatik zu untersuchen, wurde ein
      fMRT Paradigma entwickelt, bei dem Videos beobachtetet
      wurden, bei denen zwei Darsteller kooperativ bzw. alleine
      Objekte manipulieren. Anschließend wurde der Zusammenhang der
      individuellen Ausprägung von Verfolgungswahn mit der
      Gehirnaktivierung untersucht. Bei Patienten mit Schizophrenie
      werden soziale Kognitions-Defizite oft mit einer Störung des
      Spiegelneuronensystems (MNS) erklärt. Dieses Netzwerk ist
      gleichermaßen aktiviert, wenn Handlungen beobachtet sowie
      selbst ausgeführt werden (z. B. Iacoboni et al., 2005). Ein
      einfaches fMRT-Paradigma ermöglichte die Untersuchung der
      Integrität des MNS bei Schizophrenie: Abwechselnd wurden
      Videos von Greifbewegungen beobachtet und im Anschluss
      wiederholt. Neben der Untersuchung von
      Aktivierungsunterschieden, wurden Konnektivitätsanalysen
      durchgeführt. Wenn „selbst“ und „fremd“ im MNS gleichermaßen
      abgebildet werden, bedarf es eines Kontrollsystems, das
      zwischen beidem unterscheiden kann, um
      Urheberschaftszuweisungen zu gewährleisten. Bei Patienten mit
      Schizophrenie gelingt dies nicht immer fehlerfrei. Es wird
      angenommen, das eine Störung des Efferenzkopie-Mechanismus,
      der motorische Handlungspläne mit sensorischen
      Handlungskonsequenzen auf neuraler Ebene vergleicht, dafür
      verantwortlich ist (z. B. Blakemore et al., 2000). Um sich
      der Funktionsweise dieses Prozesses anzunähern, wurde die
      Gehirnaktivität in Folge kontinuierlicher Greifbewegungen
      untersucht. Abwechselnd wurde das visuelle Feedback dieser
      Bewegungen zeitlich verzögert. Dies führte zu einer
      Diskrepanz zwischen motorischen Handlungsplänen und den
      wahrgenommenen sensorischen Handlungskonsequenzen. In Studie
      #1 konnte gezeigt werden, dass sich das Aktivierungsmuster
      des Netzwerks für die Kooperationswahrnehmung bei Patienten
      mit Schizophrenie genau entgegengesetzt zu gesunden Probanden
      darstellte. Teile des Kooperations-Netzwerks von Patienten
      zeigten geringere Aktivität im kooperativen Kontext und
      signifikant stärkere Aktivierung während Videoszenen ohne
      Kooperation. Diese Hyperaktivierung stand im Zusammenhang mit
      der individuellen Ausprägung des Verfolgungswahns. Mit diesen
      Ergebnissen können wir neue experimentelle Belege für die
      Theorie eines überaktivierten Mentalisierungs-Netzwerks und
      Hypermentalisierungs-Tendenzen (z. B. Abu-Akel &amp; Bailey,
      2000) bei Patienten mit Schizophrenie liefern. Die Ergebnisse
      von Studie #2 legen nahe, dass eine ausgedehnte
      Dyskonnektivität des MNS für soziale Defizite bei Patienten
      mit Schizophrenie verantwortlich ist. Solche Defizite könnten
      auf einem gestörten Feedback-Austausch innerhalb dieses
      Systems basieren. In Studie #2 wird diskutiert, ob die neue
      Erkenntnis einer der Hauptgründe für die verminderte soziale
      Funktionsfähigkeit von Patienten ist. In der dritten Studie
      konnte der inferiore frontale Gyrus (IFG) als potentieller
      Kandidat für einen Kontrollmechanismus innerhalb des MNS
      identifiziert werden. Bei gesunden Probanden gewährleistet er
      durch seine Antwortcharakteristik eine Unterscheidung
      zwischen „selbst“ und „nicht-selbst“. Bei Patienten war die
      Aktivität in diesem System allerdings in einer Art verändert,
      die nahelegt, dass der IFG das neurale Korrelat eines
      defizitären Efferenzkopie-Mechanismus darstellt. Zusätzlich
      war die funktionelle Konnektivität des IFG zu anderen Teilen
      des „Self-Monitoring“-Netzwerks vermindert, wodurch der
      essentielle Austausch von Abgleichssignalen zwischen
      motorischen und sensorischen Arealen im Gehirn beeinträchtigt
      sein könnte. Ein Zusammenhang zwischen den Veränderungen
      innerhalb dieses Netzwerks mit der Ausprägung der
      Ich-Störungen konnte hier gezeigt werden. Zusammenfassend
      könnten diese Veränderungen zu den
      „Self-Monitoring“-Defiziten führen, die zur Kernsymptomatik
      der Schizophrenie beitragen.
description: Successfully taking part in social
      interactions is of great importance for survival of human
      beings. Hence, we have a need for constant screening of
      social contexts and meaning as well as for accurately
      attributing the agency of observed actions. Therefore, our
      brain should be well adapted to these processes. However,
      impaired social functioning is a core characteristic in
      schizophrenia. In the context of this thesis, three
      functional magnetic resonance imaging (fMRI) studies were
      performed investigating the neural processes underlying
      social cognition abilities in the brain of patients with
      schizophrenia, as well as in the non-pathologic brain. We
      focused on three particular social abilities, namely (1)
      perception of cooperation (Study #1), (2) perception of
      self-generated and observed actions (Study #2), and (3)
      inferring agency of observed actions (Study #3). Until now
      cooperation is a form of social interaction that has received
      little attention in research on schizophrenia – although it
      is known that patients show altered cooperation behavior
      (e.g., Wischniewski et al., 2009). Additionally, patients
      with paranoid schizophrenia suffer from persecutory
      delusions, accompanied by feelings of being watched or
      followed (M. Startup &amp; S. Startup, 2005) caused by false
      inferences regarding the intentions of others (Frith &amp;
      Frith, 1999). To date, more empirical research is needed to
      further investigate the possible relation between social
      interaction deficits and delusions (Freeman, 2007). For this
      purpose, we constructed an fMRI paradigm: participants
      watched video stimuli in which two actors manipulate objects
      together – or as in the control condition – one actor
      manipulates the object alone. We studied a possible relation
      of brain activity in response to the stimuli and
      psychopathology (Study #1). Additionally, social cognition
      deficits are often explained by alterations of the
      observation-execution matching system i.e., the mirror neuron
      system (MNS). This system is activated when subjects view or
      perform grasping movements (e.g., Iacoboni et al., 2005).
      Surprisingly, just a few studies focus on the functionality
      of this system in schizophrenia. A simple task was used to
      probe the integrity of the MNS: participants observed an
      actor while grasping an object and periodically performed a
      similar action in the scanner (Study #2). Besides evaluating
      activation differences between groups, connectivity analyses
      were performed. If self and other actions are comparably
      processed within the MNS, there is a need for a control
      mechanism that still enables an accurate distinction between
      self and non-self for agency attributions (Leube et al.,
      2012). Patients with schizophrenia often suffer from
      delusions of influence, which suggests that their sense of
      self is disturbed. It is assumed that a failure of the
      efference copy mechanism, which compares efferent with
      reafferent signals and attenuates the sensory consequences of
      self-produced movements, causes passivity phenomena (e.g.,
      Ford &amp; Mathalon, 2004). To test this hypothesis,
      participants performed both intentional and unintentional
      continuous hand-movements. We periodically manipulated visual
      feedback of their action by introducing a temporal delay to
      create a sensory-motor discrepancy – simulating “non-self”
      feedback (Study #3). We have shown in Study #1 that the
      network for perception of cooperative and non-cooperative
      behavior is altered in a mirror-inverted way in paranoid
      schizophrenia. More precisely, in schizophrenic patients
      parts of the cooperation-network showed attenuation in
      response to the cooperative context, but were significantly
      increased in the non-cooperative context compared to
      controls. Furthermore, the latter finding was associated with
      persecutory delusions in patients. Showing this pattern of
      results, we provide novel experimental evidence for the idea
      of an overactivated Theory of mind (ToM) network in patients,
      which might reflect overmentalizing (Abu-Akel &amp; Bailey,
      2000). This could be attributed to ambiguous perception of
      the non-cooperative scenes resulting from a constantly
      hyperactive intention detector (Walter et al., 2009) and the
      patients’ abnormal threat perception (Fear et al., 1996).
      Moreover, results of Study #1 support the assumption that the
      ToM network plays an important role in the formation of
      delusions. The findings of Study #2 suggest that a broader
      MNS dysconnectivity may be responsible for the social deficit
      in schizophrenia that reduces social functioning because it
      might disturb an essential sensory feedback exchange within
      the MNS. In Study #2, it is discussed that this newly
      observed MNS dysconnectivity might be a major contributor to
      social cognitive aberrances in schizophrenia - e.g.,
      imitation, mentalizing, and empathizing deficits, as well as
      attributional style. In Study #3 we identified the inferior
      frontal gyrus (IFG) as a potential candidate for a control
      entity that enables a distinction between self and non-self
      within the MNS with shared neural representations for “self”
      and “other”. However, in patients the sensory mismatch
      detection was altered, suggesting that the IFG is the neural
      correlate of the failure of the efference mechanism in
      schizophrenia. More specifically, due to dysconnectivity of
      the IFG to other parts of the mismatch network, signal
      exchange between perceptual and motor areas (which is
      necessary for the efference mechanism) seems to be affected.
      Moreover, alterations in this network were related to
      passivity symptom-ratings. This defective network might cause
      self-monitoring deficits in patients, which contributes to
      clinical core symptoms of schizophrenia i.e. the emergence of
      disorders of the self (see Farrer &amp; Franck,
      2007).