Understanding Executive Function and Dysfunction in Schizophrenia through Cortical Oscillatory Dynamics

• Applicant: Professorin Dr. Brigitte Rockstroh
• Subject Area: Personality Psychology, Clinical and Medical Psychology, Methodology
• Term: from 2014 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 262467681

• Final Report Year: 2018

Final Report Abstract

Ziel des Vorhabens war die Beschreibung und Präzisierung kortikaler Korrelate und Mechanismen der Implementierung exekutiver Funktionen sowie Auffälligkeiten dieser Korrelate und Mechanismen bei schizophren Erkrankten, die für Schizophrenien charakteristische kognitive Defizite erklären könnten. Mit diesem Ziel wurden hypothesengeleitet EEG-Studien zu drei Standard-Aufgaben zu exekutiven Funktionen (verbales und räumliches Arbeitsgedächtnis, Interferenzkontrolle) mit Stichproben gesunder Probanden und schizophren Erkrankten durchgeführt. Im Zentrum stand die Hypothese, dass sich EF-implementierende Prozesse in der neuronalen Kommunikation innerhalb und zwischen posterioren und präfrontalen Netzwerken abbilden und diese Kommunikation über die Dynamik oszillatorischer Rhythmen im Alpha- und Theta-Frequenzband reguliert wird. Die Ergebnisse bestätigen aufgaben-spezifische Unterschiede oszillatorischer Aktivität zwischen Patienten und Kontrollpersonen und legen die Hypothese nahe, dass neben (gegenüber Kontrolle) reduzierter Alpha-Desynchronisation und Theta-Synchronisation vor allem veränderte (aufgaben-spezifische) Netzwerkkommunikation zu Verhaltensauffälligkeiten beitragen. Diese letztgenannten Befunde bedürfen weiterer Absicherung und Präzisierung – insbesondere auch, um den Befund (außer genereller Reaktionsverlangsamung) vielfach unauffälliger Verhaltensleistungen zu erklären. Als weiterführende Hypothese ergibt sich somit aus dem Vorhaben, dass veränderter neuronaler Informationsfluss (Kommunikation) durchaus zu Verhaltenseffizienz beitragen kann. Die Ergebnisse von drei Studien sowie von zwei über das Arbeitsprogramm hinausgehenden, weiterführenden Studien wurden publiziert, obwohl aufgrund unvorhergesehener methodischer Probleme nicht alle ursprünglichen Ziele erreicht werden konnten.

Publications

• (2015). A mechanism of deficient interregional neural communication in schizophrenia. Psychophysiology, 52648- 656
  Popov, T., Wienbruch, C., Meissner, S., Miller, G.A., Rockstroh, B.
  
• (2016) Deficient attention modulation of lateralized alpha power in schizophrenia. Psychophysiology , 53(6), 776-785
  Kustermann, T., Rockstroh, B., Kienle, J., Miller, G., Popov, T.
  
• (2018) Oscillatory brain dynamics supporting impaired Stroop task performance in schizophrenia-spectrum disorder. Schizophrenia Research, epub S0920-9964(18)30538-3
  Popov, T., Kustermann, T., Popova, P., Miller, G.A., & Rockstroh, B.
  
• (2018) Time course of brain network reconfiguration supporting inhibitory control. The Journal of Neuroscience, 38, 4348-4356
  Popov, P., Westner, B., Silton, R.L., Sass, S.M., Spielberg, J.M., Rockstroh, B., Heller, W., & Miller, G.A.
  
• (2018) Verbal working memory related neural network communication in schizophrenia. Psychophysiology, 55(9)
  Kustermann, T., Popov, T., Miller, G.A., Rockstroh, B.
  
• (2018). Crossfrequency interactions between frontal theta and posterior alpha control mechanisms foster working memory. Neuroimage, 181, 728-733
  Popov, T., Popova, T., Harkotte, M., Awiszus, B., Rockstroh, B., Miller, G.A.
  
• (2018). Dorsal and ventral cortices are coupled by cross-frequency interactions during working memory. Neuroimage, 178, 277-286
  Popov, T., Jensen, O., Schoffelen, JM
  
• (2018). Neural network communication facilitates verbal working memory. Biological Psychology, 136, 119-126
  Kustermann, T., Rockstroh, B., Miller, G.A., Popov, T.