Neural basis of speech-gesture mismatch detection in schizophrenia spectrum disorders

Background: Patients suffering from schizophrenia spectrum disorders experience the grave effects of their illness on various facets of their daily lives. Previous investigations have shown that schizophrenia spectrum disorder patients have deficits in the perception and recognition of speech accom...

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Main Author: Choudhury, Momoko
Contributors: Straube, Benjamin (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2023
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Hintergrund: Patient*innen, die an einer Schizophrenie-Spektrum-Störung leiden, erleben die schwerwiegenden Auswirkungen ihrer Krankheit auf verschiedene Alltagsbereiche. Bisherige Untersuchungen zeigten, dass solche Patient*innen Defizite bei der Wahrnehmung und Erkennung von Sprache in Verbindung mit Gesten haben. Insbesondere fällt es ihnen schwer, zwischen passenden und nicht passenden Sprach-Gestik-Kombinationen (Matches und Mismatches) zu unterscheiden. Desweiteren haben die Patient*innen erhebliche Schwierigkeiten, abstrakte semantische Informationen zu verstehen und neural zu verarbeiten. Eine Schlüsselrolle bei der Integration von Sprache und Gesten spielt der Gyrus frontalis inferior als Teil des frontotemporalen Netzwerks. Es ist jedoch unklar, welche neuronalen Mechanismen zu einer gestörten Wahrnehmung von Mismatches und Abstraktheit während der Passungs-Bewertungs-Aufgabe beitragen. Ziel: Diese Studie versucht, die neuronalen Hintergründe der gestörten Sprach-Gestik-Mismatch-Detektion sowie der fehlerhaften Verarbeitung abstrakter semantischer Information zu beleuchten. Dabei sollen die dysfunktionalen Hirnareale identifiziert und untersucht werden. Methoden: Für diese Studie wurde ein neuartiges Paradigma angewandt, bei dem funktionelle MRT-Messungen durchgeführt wurden, während Probanden eine Sprach-Gestik-Passungs-Bewertungs-Aufgabe bearbeiteten. 42 Patient*innen (Schizophrenie, schizoaffektive Störung oder andere nicht-organische psychotische Störung [ICD-10: F20, F25, F28; DSM-IV: 295.X]) und 36 gesunden Kontrollproband*innen wurden kurze Videoclips gezeigt, in denen ein Schauspieler Sätze mit abstraktem oder konkretem Inhalt spricht und dabei entweder semantisch passende oder nicht-passende Gesten durchführt. Die Teilnehmer*innen wurden gebeten, per Tastendruck anzuzeigen, ob sie die Gesten als passend zur gesprochenen Sprache empfanden oder nicht. Die Detektionsleistung zwischen passenden und nicht passenden Gesten wurde in Anlehnung an die Signaldetektionstheorie per Messwiederholungs-ANOVA zwischen Gruppen und semantischen Kontexten (abstrakt/konkret) verglichen. Funktionelle MRT-Daten wurden im Rahmen eines ereigniskorrelierten Designs gesammelt, um die hämodynamische Antwort auf jedes gezeigte Video zu erfassen. Die Daten wurden anschließend in eine flexible Faktorenanalyse in einem 2 x 2 x 2 - Design (Gruppe x Abstraktheit x Passung) geladen. Für die Kontraste unpassend > passend und abstrakt > konkret wurden jeweils die Zwischengruppenkonjunktionen und -differenzen in Gesamthirnanalysen berechnet. Ergebnisse: Die Sprach-Gestik-Mismatch-Detektionsleistung war bei Patient*innen im Vergleich zu den Kontrollen signifikant verringert, unabhängig von der Abstraktheit. Die fMRT-Analyse zeigte, dass Patient*innen für unpassende > passende Stimuli weniger Aktivität im rechten supplementär-motorischen Kortex und im beidseitigen anterioren cingulären Kortex aufweisen. Ein rostraler Teil des supplementär-motorischen Kortex war genauso aktiv wie bei Kontrollproband*innen. Gleichzeitig fanden wir frontotemporale Hyperaktivität bei Patient*innen für diesen Kontrast. Weiterhin wurde bei Patient*innen im Vergleich zu Kontrollen reduzierte bilateral frontale Aktivität, insbesondere auch im Gyrus frontalis inferior, für abstrakte > konkrete Sprach-Gestik-Paare festgestellt. Der Temporallappen, im Gegensatz, war für diesen Kontrast in beiden Gruppen gleichermaßen aktiv. Diskussion In dieser Studie fanden wir Hinweise für eine gestörte Sprach-Gestik-Passungs-Bewertungsfähigkeit bei Patient*innen mit einer Schizophrenie-Spektrum-Störung. Begleitet war dies von Dysfunktionen des supplementär-motorischen Kortex und des anterioren cingulären Kortex, was möglicherweise Ausdruck verringerter Bahnung von semantischem Verständnis und geschädigter Fehlerverarbeitung für unpassende Sprach-Gestik-Kombinationen ist. Die frontotemporale Überaktivierung könnte eine kompensatorisch erhöhte Anstrengung für die Verarbeitung in einem dysfunktionalen System reflektieren. Zusätzlich bestärken unsere Daten die Auffassung, dass Störungen des Gyrus frontalis inferior zu einer Beeinträchtigung der Verarbeitung abstrakter semantischer Stimuli beitragen. Die teilweise intakte Funktionalität im rostralen supplementär-motorischen Kortex für Mismatches und im Temporallappen für abstrakte Stimuli sprechen dafür, dass die semantische Verarbeitung bei Patient*innen nicht vollständig dysfunktional ist. Diese funktionierenden Anteile könnten als Ansatzpunkte für therapeutische Maßnahmen dienen, um Verbesserungen herbeizurufen. Schlussfolgerung: Wir liefern erste Belege dafür, dass die gestörte Sprach-Gestik-Mismatch-Detektionsfähigkeit das Resultat von Fehlaktivierungen der supplementär-motorischen und anterior cingulären Kortizes sein könnte. Außerdem wird vermutet, dass die fehlerhafte Funktion des IFG die korrekte Integration von abstrakten Sprach-Gestik-Kombinationen erschwert. Zukünftige Untersuchungen sollten sich auf hirnstimulative Verfahren fokussieren, die diese dysfunktionalen Areale beeinflussen, um Kommunikationsfähigkeit und soziale Funktionalität bei Patient*innen mit Schizophrenie-Spektrum-Störung zu verbessern.