Выявление нейрофизиологических маркеров обработки вербальной информации с помощью метода когнитивных вызванных потенциалов для изучения расстройств шизофренического спектра

Цель исследования — выявление нейрофизиологических маркеров обработки информации, чувствительных к нарушению вербального мышления у лиц с шизотипической организацией личности, с помощью метода когнитивных вызванных потенциалов.

Материалы и методы. Исследовали когнитивные вызванные потенциалы у 40 студентов высшей школы с высокими и низкими (контроль) баллами, полученными по опроснику для выявления шизотипических черт личности SPQ (Schizotypal Personality Questionnaire), в ответ на предъявление зрительной вербальной информации в виде согласованных словосочетаний. В первой серии предъявлений необходимо было отнести определение к одной из категорий, а существительное прочитать про себя (нецелевое условие). Во второй серии определение следовало прочитать про себя, а затем выполнить категоризацию следующего за ним существительного (целевое условие). Проводили кластерный анализ кривых вызванных потенциалов, которые были получены в ответ на предъявление существительных в целевом и нецелевом условиях, в группах участников с высокими и низкими баллами, набранными по опроснику SPQ.

Результаты. Обработка вербального стимула в условиях пассивного чтения и в условиях категоризации слов в рамках простого контекста показала, что в группе с низкими баллами по опроснику шизотипии наблюдается латерализация компонента N150 в левую сторону в отличие от группы с высокими баллами. В этой группе также выявлено увеличение амплитуды компонента N400 в ответ на слова в случае их пассивного прочтения по сравнению с условием категоризации. Напротив, в группе с высокими баллами шизотипии компонент N400 не проявил чувствительности к типу задания, т.е. оказались не выражены нейрофизиологические различия между чтением и выполнением задания по категоризации стимулов. У этих лиц обнаружено снижение амплитуды позднего позитивного компонента по сравнению с группой контроля в условиях пассивного чтения слов. В обеих группах участников зафиксировано увеличение амплитуды поздней негативной волны в ответ на целевые слова, подвергавшиеся категоризации, по сравнению с чтением. У обследуемых с шизотипией наблюдается недостаточность латерализации языка и дефицит, связанный с языковыми сетями, автоматически активирующимися на начальном этапе распознавания слов. Кроме того, у этих лиц обработка информации на этапе лексико-семантических процессов слабо модулируется заданием, предъявляющим разные требования к уровню контроля умственной деятельности. При шизотипии также возможно некоторое снижение активации мнестических процессов, что проявляется во время пассивного прочтения слов, но не в условиях их категоризации.

Заключение. Проведенное исследование может служить отправной точкой для более детального и долгосрочного изучения фундаментальных механизмов нарушения обработки информации в процессе формирования клинически выраженной патологии. В прикладном плане работа может рассматриваться как вклад в продолжающийся поиск нейрофизиологических маркеров ранней диагностики расстройств шизофренического спектра.

1. Lenzenweger M.F. Schizotypy, schizotypic psychopathology and schizophrenia. World Psychiatry 2018; 17(1): 25–26, https://doi.org/10.1002/wps.20479.
2. Lenzenweger M.F. Schizotypy, schizotypic psychopathology, and schizophrenia: hearing echoes, leveraging prior advances, and probing new angles. Schizophr Bull 2018; 44(suppl_2): S564–S569, https://doi.org/10.1093/schbul/sby083.
3. Radanovic M., de Sousa R.T., Valiengo L., Gattaz W.F., Forlenza O.V. Formal thought disorder and language impairment in schizophrenia. Arq Neuropsiquiatr 2013; 71(1): 55–60, https://doi.org/10.1590/s0004-282x2012005000015.
4. Tonelli H.A. How semantic deficits in schizotypy help understand language and thought disorders in schizophrenia: a systematic and integrative review. Trends Psychiatry Psychother 2014; 36(2): 75–88, https://doi.org/10.1590/2237-6089-2013-0053.
5. Delogu F., Brouwer H., Crocker M.W. Event-related potentials index lexical retrieval (N400) and integration (P600) during language comprehension. Brain Cogn 2019; 135: 103569, https://doi.org/10.1016/j.bandc.2019.05.007.
6. Hagoort P., Hald L., Bastiaansen M., Petersson K.M. Integration of word meaning and world knowledge in language comprehension. Science 2004; 304(5669): 438–441, https://doi.org/10.1126/science.1095455.
7. Марьина И.В., Стрелец В.Б. Влияние смыслового со­держания вербальных стимулов и их значимости на вызванные потенциалы мозга. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова 2010; 60(1): 22–31.
8. Hokama H., Hiramatsu K., Wang J., O’Donnell B.F., Ogura C. N400 abnormalities in unmedicated patients with schizophrenia during a lexical decision task. Int J Psychophysiol 2003; 48(1): 1–10, https://doi.org/10.1016/s0167-8760(02)00156-3.
9. Kiang M., Kutas M., Light G.A., Braff D.L. An event-related brain potential study of direct and indirect semantic priming in schizophrenia. Am J Psychiatry 2008; 165(1): 74–81, https://doi.org/10.1176/appi.ajp.2007.07050763.
10. Lepock J.R., Mizrahi R., Korostil M., Maheandiran M., Gerritsen C.J., Drvaric L., Ahmed S., Bagby R.M., Kiang M. N400 event-related brain potential evidence for semantic priming deficits in persons at clinical high risk for psychosis. Schizophr Res 2019; 204: 434–436, https://doi.org/10.1016/j.schres.2018.08.033.
11. Kiang M., Kutas M. Association of schizotypy with semantic processing differences: an event-related brain potential study. Schizophr Res 2005; 77(2–3): 329–342, https://doi.org/10.1016/j.schres.2005.03.021.
12. Kiang M., Prugh J., Kutas M. An event-related brain potential study of schizotypal personality and associative semantic processing. Int J Psychophysiol 2010; 75(2): 119–126, https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2009.10.005.
13. Del Goleto S., Kostova M., Blanchet A. Impaired context processing during irony comprehension in schizotypy: an ERPs study. Int J Psychophysiol 2016; 105: 17–25, https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2016.04.009.
14. Mathalon D.H., Faustman W.O., Ford J.M. N400 and automatic semantic processing abnormalities in patients with chizophrenia. Arch Gen Psychiatry 2002; 59(7): 641–648, https://doi.org/10.1001/archpsyc.59.7.641.
15. Mathalon D.H., Roach B.J., Ford J.M. Automatic semantic priming abnormalities in schizophrenia. Int J Psychophysiol 2010; 75(2): 157–166, https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2009.12.003.
16. Ryu V., An S.K., Ha R.Y., Kim J.A., Ha K., Cho H.S. Differential alteration of automatic semantic processing in treated patients affected by bipolar mania and schizophrenia: an N400 study. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 2012; 38(2): 194–200, https://doi.org/10.1016/j.pnpbp.2012.03.009.
17. Rugg M.D., Curran T. Event-related potentials and recognition memory. Trends Cogn Sci 2007; 11(6): 251–257, https://doi.org/10.1016/j.tics.2007.04.004.
18. Van Strien J.W., Hagenbeek R.E., Stam C.J., Rombouts S.A.R.B., Barkhof F. Changes in brain electrical activity during extended continuous word recognition. Neuroimage 2005; 26(3): 952–959, https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2005.03.003.
19. Bermúdez-Margaretto B., Beltrán D., Domínguez A., Cuetos F. Repeated exposure to “meaningless” pseudowords modulates LPC, but not N(FN)400. Brain Topogr 2015; 28(6): 838–851, https://doi.org/10.1007/s10548-014-0403-5.
20. Toth M., Sambeth A., Blokland A. EEG correlates of old/new discrimination performance involving abstract figures and non-words. Brain Sci 2021; 11(6): 719, https://doi.org/10.3390/brainsci11060719.
21. Kim M.S., Kwon J.S., Kang S.S., Youn T., Kang K.W. Impairment of recognition memory in schizophrenia: event-related potential study using a continuous recognition task. Psychiatry Clin Neurosci 2004; 58(5): 465–472, https://doi.org/10.1111/j.1440-1819.2004.01287.x.
22. Ребрейкина А.Б., Ларионова Е.В., Варламов А.А. Вы­званные изменения ритмической активности мозга при переработке зрительно предъявляемых целевых, нецелевых и незнакомых слов. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова 2015; 65(1): 92–104, https://doi.org/10.7868/s004446771501013x.
23. Продиус П.А., Нужина Н.С., Мухина И.В. Лекси­ческие и регулятивные особенности переработки зрительной вербальной информации в простом контексте. Вестник новых медицинских технологий 2017; 24(4): 157–162, https://doi.org/10.12737/article_5a38fc3a38f3f0.18058568.
24. Bender S., Behringer S., Freitag C.M., Resch F., Weisbrod M. Transmodal comparison of auditory, motor, and visual post-processing with and without intentional short-term memory maintenance. Clin Neurophysiol 2010; 121(12): 2044–2064, https://doi.org/10.1016/j.clinph.2010.05.008.
25. Bender S. P 17 neural signatures of post-perceptual attention and selective working memory encoding. Clin Neurophysiol 2017; 128(10): e334–e335, https://doi.org/10.1016/j.clinph.2017.06.096.
26. Niznikiewicz M.A., Shenton M.E., Voglmaier M., Nestor P.G., Dickey C.C., Frumin M., Seidman L.J., Allen C.G., McCarley R.W. Semantic dysfunction in women with schizotypal personality disorder. Am J Psychiatry 2002; 159(10): 1767–1774, https://doi.org/10.1176/appi.ajp.159.10.1767.
27. Wang K., Wang Y., Yan C., Wang Y.N., Cheung E.F.C., Chan R.C.K. Semantic processing impairment in individuals with schizotypal personality disorder features: a preliminary event-related potential study. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 2013; 40: 93–102, https://doi.org/10.1016/j.pnpbp.2012.08.019.
28. Treiman R. Linguistics and reading. In: Handbook of linguistics. 2nd edition. Aronoff M., Rees-Miller J. (editors). Wiley-Blackwell; 2017; p. 617–626.
29. Noesselt T., Shah N.J., Jäncke L. Top-down and bottom-up modulation of language related areas — an fMRI study. BMC Neurosci 2003; 4: 13, https://doi.org/10.1186/1471-2202-4-13.
30. Bemis D.K., Pylkkänen L. Simple composition: a magnetoencephalography investigation into the comprehension of minimal linguistic phrases. J Neurosci 2011; 31(8): 2801–2814, https://doi.org/10.1523/jneurosci.5003-10.2011.
31. Raine A. The SPQ: a scale for the assessment of schizotypal personality based on DSM-III-R criteria. Schizophr Bull 1991; 17(4): 555–564, https://doi.org/10.1093/schbul/17.4.555.
32. Ляшевская О.Н., Шаров С.А. Частотный словарь современного русского языка. М: Азбуковник; 2009; 1087 с.
33. Maris E., Oostenveld R. Nonparametric statistical testing of EEG- and MEG-data. J Neurosci Methods 2007; 164(1): 177–190, https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2007.03.024.
34. Williams L.M., Gordon E., Wright J., Bahramali H. Late component ERPs are associated with three syndromes in schizophrenia. Int J Neurosci 2000; 105(1–4): 37–52, https://doi.org/10.3109/00207450009003264.
35. Bramon E., Rabe-Hesketh S., Sham P., Murray R.M., Frangou S. Meta-analysis of the P300 and P50 waveforms in schizophrenia. Schizophr Res 2004; 70(2–3): 315–329, https://doi.org/10.1016/j.schres.2004.01.004.
36. Rosburg T., Boutros N.N., Ford J.M. Reduced auditory evoked potential component N100 in schizophrenia — a critical review. Psychiatry Res 2008; 161(3): 259–274, https://doi.org/10.1016/j.psychres.2008.03.017.
37. Ferreira-Santos F., Silveira C., Almeida P.R., Palha A., Barbosa F., Marques-Teixeira J. The auditory P200 is both increased and reduced in schizophrenia? A meta-analytic dissociation of the effect for standard and target stimuli in the oddball task. Clin Neurophysiol 2012; 123(7): 1300–1308, https://doi.org/10.1016/j.clinph.2011.11.036.
38. Spironelli C., Angrilli A., Stegagno L. Failure of language lateralization in schizophrenia patients: an ERP study on early linguistic components. J Psychiatry Neurosci 2008; 33(3): 235–243.
39. Vercammen A., de Haan E.H.F., Aleman A. Hearing a voice in the noise: auditory hallucinations and speech perception. Psychol Med 2008; 38(8): 1177–1184, https://doi.org/10.1017/s0033291707002437.
40. Ilankovic L.M., Allen P.P., Engel R., Kambeitz J., Riedel M., Müller N., Hennig-Fast K. Attentional modulation of external speech attribution in patients with hallucinations and delusions. Neuropsychologia 2011; 49(5): 805–812, https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2011.01.016.
41. Aleman A., Böcker K.B.E., Hijman R., de Haan E.H.F., Kahn R.S. Cognitive basis of hallucinations in schizophrenia: role of top-down information processing. Schizophr Res 2003; 64(2–3): 175–185, https://doi.org/10.1016/s0920-9964(03)00060-4.
42. Марьина И.В., Стрелец В.Б., Гарах Ж.В., Ново­тоц­кий-Власов В.Ю., Зайцева Ю.С. Анализ вызванных потенциалов мозга на вербальные стимулы в норме и при шизофрении. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова 2012; 62(2): 157–164.
43. Kiang M. Schizotypy and language: a review. J Neurolinguistics 2010; 23(3): 193–203, https://doi.org/10.1016/j.jneuroling.2009.03.002.
44. Kutas M., Van Petten C., Besson M. Event-related potential asymmetries during the reading of sentences. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 1988; 69(3): 218–233, https://doi.org/10.1016/0013-4694(88)90131-9.
45. Franklin M.S., Dien J., Neely J.H., Huber E., Waterson L.D. Semantic priming modulates the N400, N300, and N400RP. Clin Neurophysiol 2007; 118(5): 1053–1068, https://doi.org/10.1016/j.clinph.2007.01.012.
46. Lau E.F., Phillips C., Poeppel D. A cortical network for semantics: (de)constructing the N400. Nat Rev Neurosci 2008; 9(12): 920–933, https://doi.org/10.1038/nrn2532.
47. Leavitt V.M., Goldberg T.E. Episodic memory in schizophrenia. Neuropsychol Rev 2009; 19: 312–323, https://doi.org/10.1007/s11065-009-9107-0.
48. Toulopoulou T., Rabe-Hesketh S., King H., Murray R.M., Morris R.G. Episodic memory in schizophrenic patients and their relatives. Schizophr Res 2003; 63(3): 261–271, https://doi.org/10.1016/s0920-9964(02)00324-9.
49. Sahakyan L., Kwapil T.R. Moving beyond summary scores: decomposing free recall performance to understand episodic memory deficits in schizotypy. J Exp Psychol Gen 2018; 147(12): 1919–1930, https://doi.org/10.1037/xge0000401.
50. Hahne A., Friederici A.D. Electrophysiological evidence for two steps in syntactic analysis: early automatic and late controlled processes. J Cogn Neurosci 1999; 11(2): 194–205, https://doi.org/10.1162/089892999563328.
51. Contier F., Weymar M., Wartenburger I., Rabovsky M. Sustained attention as measured by reaction time variability is a strong modulator for the P600, but not the N400. J Cogn Neurosci 2022; 34(12): 2297–2310, https://doi.org/10.1162/jocn_a_01918.

Nuzhina N.S., Prodius P.A., Mukhina I.V. Identification of Neurophysiological Markers of Verbal Information Processing Using Cognitive Evoked Potentials for Studying Schizophrenia Spectrum Disorders. Sovremennye tehnologii v medicine 2022; 14(6): 53, https://doi.org/10.17691/stm2022.14.6.06