Neural synchrony in patients with a first episode of schizophrenia: tracking relations with grey matter and symptom profile

Neural synchrony in patients with a first episode of schizophrenia: tracking relations with grey matter and symptom profile

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J Psychiatry Neurosci 2009;34(1):21-9

Leanne M. Williams, PhD; Thomas J. Whitford, PhD; Evian Gordon, PhD, MBBCh; Lavier Gomes, MBBS; Kerri J. Brown, MClinPsych, PhD; Anthony W.F. Harris, PhD, MBBS

Williams, Whitford, Gordon, Brown, Harris — Brain Dynamics Centre, Westmead Millennium Institute and Western Clinical School; Williams, Gordon, Brown, Harris — Department of Psychological Medicine, Faculty of Medicine, University of Sydney; Gordon — The Brain Resource International Database, Ultimo; Gomes — Department of Radiology, Westmead Hospital, Westmead, Australia

Abstract

Background: Although schizophrenia has been characterized by disruptions to neural synchrony, it remains unknown whether these disturbances are related to symptoms and loss of grey matter. We examined relations between 40 Hz Gamma band synchrony and grey matter in patients with schizophrenia at first episode and after 2.5 years.

Methods: From an initial recruitment of 35 medicated patients with a first episode of schizophrenia, 25 patients completed clinical and oddball task-elicited Gamma synchrony within 3 months of health service contact and again after 2.5 years, 23 completed magnetic resonance imaging (MRI) at these time points, and 13 completed all sessions. We compared patients with 35 matched healthy controls. We identified early (0–150 ms) and late (250–500 ms) peaks in Gamma synchrony locked to oddball targets, and we analyzed MRI data using voxel-based morphometry. We evaluated group and test–retest differences using repeated-measures analyses of variance.

Results: Compared with controls, at first contact, patients with a first episode of schizophrenia showed a disruption to the laterality of early Gamma synchrony and global reduction in late Gamma synchrony, with a corresponding loss of fronto–temporal–parietal grey matter. Gamma synchrony was increased at follow-up among patients with a first episode of schizophrenia. It related negatively to further loss of grey matter, but positively to improvement in reality distortion symptoms. These relations could not be explained by medication dose.

Limitations: Our study did not include unmedicated patients or normative follow-up testing.

Conclusion: Gamma synchrony may track the progression of schizophrenia from first episode. An increase in Gamma synchrony over time might reflect an attempt to adapt to a progressive loss of cortical grey matter and associated changes in cognitive and emotional function.

Résumé

Contexte : Bien que l’on ait caractérisé la schizophrénie comme présentant des dérèglements de la synchronisation neuronale, on ignore encore s’il y a un lien entre ces dérèglements, les symptômes et la perte de matière grise. Nous avons examiné les liens entre la synchronisation oscillatoire à 40 Hz (gamma) et la matière grise chez des patients atteints de schizophrénie, au moment de leur premier épisode et après 2,5 ans.

Méthodes : Nous avons recruté initialement 35 patients traités pharmacologiquement pour un premier épisode de schizophrénie. De ce nombre, 25 patients ont subi des tests de synchronisation oscillatoire Gamma suscitée par l’exécution d’une tâche clinique et d’une tâche inhabituelle (protocole oddball), dans les 3 mois suivant leur première prise de contact avec les services de santé et à nouveau après 2,5 ans; 23 patients ont subi un test d’imagerie par résonance magnétique (IRM) lors de ces étapes et 13 ont subi tous les tests prévus. Nous avons comparé les patients à 35 témoins assortis en bonne santé. Nous avons repéré les pics précoces (0–150 ms) et tardifs (250–500 ms) de synchronisation gamma correspondant aux cibles du protocole oddball et nous avons analysé les résultats des IRM par morphométrie voxel à voxel. Nous avons évalué les différences entre les groupes et les différences test–retest à l’aide d’une analyse de variance appliquée aux mesures répétées.

Résultats : Comparativement aux témoins, lors du premier contact avec les services de santé, les patients atteints d’un premier épisode de schizophrénie ont montré un dérèglement de la latéralité de la synchronisation gamma précoce et une réduction globale de la synchronisation gamma tardive, avec perte correspondante de matière grise fronto–temporo–pariétale. Au moment du suivi, la synchronisation gamma a paru amplifiée chez les patients atteints d’un premier épisode de schizophrénie. Ce phénomène a été négativement relié à une perte accrue de matière grise, mais positivement relié à une amélioration des symptômes de distorsion de la réalité. Ces liens n’ont pu être expliqués par la dose de médicament.

Limites : Notre étude n’incluait aucun patient qui ne prenait pas de médicaments et ne prévoyait pas l’application de tests de suivi normatifs.

Conclusion : La synchronisation gamma pourrait permettre de suivre la progression de la schizophrénie à partir d’un premier épisode. Une accentuation progressive de la synchronisation gamma pourrait traduire une tentative d’adaptation à la perte graduelle de matière grise corticale et aux anomalies des fonctions cognitives et émotionnelles qui s’ensuivent.


Company (BRC) and has received speaker fees and travel support for work with BRC unrelated to this study. Dr. Gordon is the CEO of BRC, holds significant equity and stock options in the company and has received speaker fees and travel support related to the company’s work; however, he conceived of this project prior to his appointment as CEO, and scientific decisions about access to the Brain Resource International Database are made via an independently administered network of scientists: BRAINnet,www .Brainnet.net. Dr. Harris has received speaker fees from Bristol-Myers Squibb Australia and Astra Zeneca Australia and travel assistance from Janssen-Cilag Australia. He has been involved in research funded by Organon Australia and has developed educational packages with Wellmark.

Submitted Oct. 31, 2007; Revised Mar. 27, 2008; Accepted Jun. 2, 2008

Contributors: Drs. Williams and Gordon designed the study. All authors acquired the data, reviewed the written article and gave final approval for publication. Drs. Williams, Whitford, Gordon and Brown analyzed the data.

Acknowledgements: We acknowledge collaboration with the Brain Resource International Database, which, for scientific purposes, is administered via an independent scientific network (BRAINnet;www.brainnet.net).

Correspondence to: Dr. L.M. Williams, The Brain Dynamics Centre, Acacia House, Westmead Hospital, Westmead NSW, 2145, Australia; fax 61 2 9845 8190 lea@psych.usyd.edu.au