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Titel:Investigation of dimensional phenomenology and neurobiology across affective and psychotic disorders
Autor:Stein, Frederike
Weitere Beteiligte: Krug, Axel (Prof. Dr. Dipl.-Psych.)
Veröffentlicht:2021
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2021/0360
DOI: https://doi.org/10.17192/z2021.0360
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2021-03603
DDC: Medizin
Publikationsdatum:2021-11-02
Lizenz:https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
Psychopathologie Bildgebung Morphometrie Affektstörung Schizophrenie Kognition, dimensionale Psychopathologie Gehirnstruktur graue Substanz weiße Substanz transdiagnostisch, Factor analysis Hierarchical modelling cognition Transdiagnostic Psychopathology Gray matter volume Fractional anisotropy diagnosis-independent

Summary:
For a long time, traditional classification systems have been used to categorize mental disorders into strict classes based on a set of specific and standardized criteria. Such classifications assume a clear cut off between disorders. However, research using these classification systems fail to identify transdiagnostic markers and “points of rarity” separating mental disorders. Categorical approaches are limited by the large neurobiological overlapping of phenomenology as well as molecular genetics, neuro-anatomy and function, and environmental risk across disorders. Moreover, categorical approaches merely consider characteristics above and below the given categorical thresholds using not otherwise specified diagnoses, not fitting to other officially specified categories. Given the limitations of categorical approaches, dimensional factor models can be used as a valuable framework providing significant progress for the understanding of the neurobiology of the major psychiatric disorders (major depressive disorder, bipolar disorder, schizophrenia spectrum disorder). Previous studies show a range of different factor models, indicating that descriptive psychopathology might be organized in a bifactorial or hierarchical framework. However, there is still a lack of comprehensive factorial models comprising a broad range of symptoms across the major psychiatric disorders. Moreover, the neuro-anatomical and neuro-cognitive correlates of transdiagnostic psychopathological factors remain largely elusive. Categorical studies on overlapping gray matter volume alterations across disorders compared to a healthy control group show paralimbic and heteromodal regions to be commonly altered across disorders. In addition, the transdiagnostic investigation of neuro-cognitive measures shows large overlaps and comparable results across disorders and domains with motor speed being the only domain separating disorders. To overcome the reported obstacles, the studies underlying this dissertation investigate the factorial structure of a broad range of psychopathological symptoms across affective and psychotic disorders. Further, dimensional factors are used to determine the underlying neuro-anatomical and neuro-cognitive correlates of descriptive psychopathology. STUDY I demonstrates a cross-validated factor model comprising five first order and two second order factors, supporting the use of hierarchical models. The extracted first order factors (depression, negative syndrome, positive formal thought disorder, paranoid-hallucinatory syndrome, increased appetite) are present in all diagnostic categories, suggesting a diagnosis-shared phenomenology. STUDY II examines the brain structural correlates of the factors derived from STUDY I. Results include a negative association of the negative syndrome with the bilateral frontal opercula. Positive formal thought disorder is negatively associated with the right middle frontal gyrus and with the left amygdala-hippocampus-complex. The paranoid-hallucinatory syndrome is negatively associated with two whole brain clusters (right fusiform gyrus and left middle frontal gyrus) as well as regions-of-interest including the left angular gyrus, bilateral thalami, left postcentral gyrus and left posterior cingulate gyrus. Investigating the neuro-cognitive correlates of psychopathological factors, STUDY III indicates state of illness-dependent associations in almost all cognitive domains. While positive formal thought disorder and the negative syndrome show most pronounced correlations, no or only weak correlations emerge for the other factors. Finally, STUDY IV investigates formal thought disorder in more detail. Results indicate a three factor model (verbosity, emptiness, disorganization) that is differentially associated with gray and white matter brain structure. The verbosity factor is negatively associated with gray matter volume of the temporo-occipital language junction and positively with the white matter microstructure of the inferior longitudinal fascicle and the posterior part of the cingulum bundle. Emptiness is negatively associated with the gray matter volume of the left hippocampus and thalamus but not with white matter. The disorganization factor associates with the white matter structure of the bilateral anterior thalamic radiation and with the hippocampal part of the right cingulum bundle. In conclusion, this dissertation can be interpreted as a first effort overcoming the limitations given by previous categorical approaches. The psychopathological factor models reported are linked to brain structural and neuro-cognitive measures, supporting the view of diagnosis shared and independent biological mechanisms. The studies of this dissertation open up completely new approaches for pathogenic and etiological research. Dimensional methods as applied in this dissertation constitute the basis for a new taxonomy that can in a next step be used to improve prediction, treatment and therapy of the major psychiatric disorders.

Zusammenfassung:
Seit geraumer Zeit werden traditionelle Klassifizierungssysteme dazu verwendet, psychische Störungen anhand einer Reihe spezifischer und standardisierter Kriterien in diverse Klassen einzuteilen. Diese Vorgehensweise nimmt eine klare Abgrenzung zwischen einzelnen psychischen Störungen an. Kategorialen Studien ist es bisher jedoch nicht gelungen diagnosespezifische Marker sowie Seltenheitspunkte, welche die einzelnen Diagnosekategorien trennen, zu identifizieren. Kategoriale Ansätze sind durch die neurobiologischen Überschneidungen von Phänomenologie sowie molekularer Genetik, Neuroanatomie und -funktion und Umweltrisiken bei verschiedenen Störungen begrenzt. Darüber hinaus werden Charakteristika ober- und unterhalb spezifischer Diagnosekriterien nur hinreichend mittels nicht näher spezifizierten Diagnosen, welche nicht die Kriterien anderer offizieller Diagnosen erfüllen, berücksichtigt. Angesichts der Einschränkungen kategorialer Ansätze, können dimensionale Faktormodelle als wertvolle Ergänzung verwendet werden, um das neurobiologische Verständnis psychiatrischer Störungen (Majore Depression, bipolare Störung, Schizophrenie-Spektrum-Störungen) zu verbessern. Obwohl frühere Studien eine Reihe von verschiedenen Faktorenmodellen innerhalb bestimmter Diagnosekategorien zeigen, die darauf hinweisen, dass die deskriptive Psychopathologie bifaktoriell oder hierarchisch organisiert sein könnte, steht die umfassende Untersuchung eines breiten Spektrums von Symptomen noch aus. Darüber hinaus sind die neuroanatomischen und neurokognitiven Korrelate transdiagnostischer, psychopathologischer Faktoren nach wie vor weitgehend unbekannt. Kategoriale Studien zu überlappenden Veränderungen des Volumens der grauen Substanz zeigen, dass paralimbische und heteromodale Regionen bei psychiatrischen Störungen verglichen zu einer gesunden Kontrollgruppe gleichermaßen verändert sind. Im Hinblick auf neurokognitive Domänen bestehen deutliche Überlappungen. Lediglich die motorische Geschwindigkeit scheint eine Trennung zwischen den Störungen zu ermöglichen. Ziel der Studien dieser Dissertation ist es, die dimensionale Struktur eines breiten Spektrums von psychopathologischen Symptomen über affektive und psychotische Störungen hinweg zu untersuchen. Auf Basis der extrahierten Faktoren werden die zugrundeliegenden neuroanatomischen und neurokognitiven Korrelate genauer untersucht. STUDIE I zeigt ein kreuzvalidiertes Faktorenmodell mit fünf Faktoren erster Ordnung und weiteren zwei Faktoren zweiter Ordnung, was die Verwendung von hierarchischen Modellen unterstützt. Die extrahierten Faktoren erster Ordnung („depression, negative syndrome, positive formal thought disorder, paranoid-hallucinatory syndrome, increased appetite“) sind in allen diagnostischen Kategorien vorhanden, was auf eine diagnoseübergreifende Phänomenologie hindeutet. STUDIE II untersucht die hirnstrukturellen Korrelate der aus STUDIE I abgeleiteten psychopathologischen Faktoren. Das „negative syndrome“ ist mit einer Volumen Reduktion in den bilateralen frontalen Opercula assoziiert, wohingegen der Faktor „positive formal thought disorder“ mit dem rechten mittleren frontal Gyrus und mit dem linken Amygdala-Hippocampus-Komplex negativ assoziiert ist. Der Faktor „paranoid-hallucinatory syndrome“ ist mit dem rechten fusiformen Gyrus als auch dem linken mittleren frontal Gyrus sowie weiteren „regions-of-interest“, darunter der linke Gyrus angularis, bilaterale Thalami, der linke postzentrale Gyrus und der linke posteriorer cinguläre Gyrus negativ assoziiert. Die Untersuchung neurokognitiver Korrelate der psychopathologischen Faktoren zeigt in STUDIE III Assoziationen zu einer Vielzahl kognitiver Domänen, welche vom aktuellen Patientenzustand abhängig sind. Während die Faktoren „positive formal thought disorder“ und „negative syndrome“ ausgeprägte Korrelationen zur Neurokognition aufweisen, können diese nicht für die anderen Faktoren nachgewiesen werden. Schließlich ist es Ziel von STUDIE IV formale Denkstörungen genauer zu untersuchen. Es kann ein drei Faktoren Modell mit dem Faktoren „verbosity“, „emptiness“ und „disorganization“ ermittelt werden, was differentiell mit der grauen als auch weißen Substanz korreliert. Der Faktor „verbosity“ ist negativ mit dem Volumen der grauen Substanz des temporo-occipitalen Sprachnetzwerks und positiv mit der weißen Substanz des inferioren longitudinalen Faserbündels und des posterioren Teils des cingulären Faserbündels assoziiert. Der Faktor „emptiness“ korreliert negativ mit der grauen Substanz des linken Hippocampus und des Thalamus, nicht jedoch mit den Faserbündeln der weißen Substanz. Der Faktor „disorganization“ ist mit der bilateralen anterioren Thalamusstrahlung und mit dem hippocampalen Teil des rechten cingulären Faserbündels assoziiert. Zusammenfassend kann diese Dissertation als eine erste Arbeit interpretiert werden, welche die Einschränkungen kategorialer Ansätze überwindet. Die berichteten psychopathologischen Faktormodelle sind mit hirnstrukturellen und neurokognitiven Maßen verknüpft, was die Auffassung von diagnoseübergreifenden und unabhängigen biologischen Mechanismen unterstützt. Die Studien dieser Dissertation eröffnen völlig neue Ansätze für die pathogenetische und ätiologische Forschung. Dimensionale Methoden, wie sie in dieser Dissertation angewandt werden, bilden die Grundlage für eine neue Taxonomie, welche in einem nächsten Schritt zur Verbesserung der Prädiktion, Behandlung und Therapie der wichtigsten psychiatrischen Störungen dienen kann.


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