Neurochemical regulation of auditory information processing studied with EEG/MEG: application to schizophrenia

Cognitive impairments of attention, memory and executive functions are a fundamental feature of the pathophysiology of schizophrenia. The neurophysiological and neurochemical changes in the auditory cortex are shown to underlie cognitive impairmentsin schizophrenia patients. Functional state of the neural substrate of auditory information processing could be objectively and non-invasively probed with auditory event-related potentials (ERPs) and event- related fields (ERFs). In the current work, we explored the neurochemical effect on the neural origins of auditory information processing in relation to schizophrenia. By means of ERPs/ERFs we aimed to determine how neural substrates of auditory information processing are modulated by antipsychotic medication in schizophrenia spectrum patients (Studies I, II) and by neuropharmacological challenges in healthy human subjects (Studies III, IV). First, with auditory ERPs we investigated the effects of olanzapine (Study I) and risperidone (Study II) in a group of patients with schizophrenia spectrum disorders. After 2 and 4 weeks of treatment, olanzapine has no significant effects on mismatch negativity(MMN) and P300, which, as it has been suggested, respectively reflect preattentive and attention-dependent information processing. After 2 weeks of treatment, risperidone has no significant effect on P300, however risperidone reduces P200 amplitude. This latter effect of risperidone on neural resources responsible for P200 generation could be partly explained through the action of dopamine. Subsequently, we used simultaneous EEG/MEG to investigate the effects of memantine (Study III) and methylphenidate (Study IV) in healthy subjects. We found that memantine modulates MMN response without changing other ERP components. This could be interpreted as being due to the possible influence of memantine through the NMDA receptors on auditory change- detection mechanism, with processing of auditory stimuli remaining otherwise unchanged. Further, we found that methylphenidate does not modulate the MMN response. This finding could indicate no association between catecholaminergic activities and electrophysiological measures of preattentive auditory discrimination processes reflected in the MMN. However, methylphenidate decreases the P200 amplitudes. This could be interpreted as a modulation of auditory information processing reflected in P200 by dopaminergic and noradrenergic systems. Taken together, our set of studies indicates a complex pattern of neurochemical influences produced by the antipsychotic drugs in the neural substrate of auditory information processing in patients with schizophrenia spectrum disorders and by the pharmacological challenges in healthy subjects studied with ERPs and ERFs.

Kirjallisuusosa: Alzheimerin taudin rottamallien vastaavuus tautiin ihmisessä ja mallien käyttökelpoisuus

Kirjallisuusosa: Alzheimerin taudin hoitoon olisi tarvetta uusille taudinkulkuun vaikuttaville lääkeaineille. Niiden kehittämiseksi tarvitaan eläinmalleja, joissa esiintyy taudin patofysiologisia piirteitä. Rottamalleista vanhemmat skopolamiini- tai MK-801-häirintä sekä ikääntyneiden rottien käyttö eivät kovin hyvin vastaa taudin patofysiologiaa, vaikka niissä eläimen muisti käyttäytymiskokeissa onkin heikentynyt. Uudemmat transgeeniset rottamallit ja mallit, joissa annetaan Aβ:a aivoihin, ilmentävät huomattavasti paremmin Alzheimerin taudin kaltaista tilaa aivoissa ainakin Aβ:n osalta. Taupatofysiologiaa ei silti kummassakaan näistä malleista juuri esiinny. Toisaalta Aβ:lla näyttäisi olevan huomattavasti tau:ta suurempi rooli taudissa, joten sen ilmeneminen mallissa onkin keskeisempi tekijä. Nämä mallit ilmentävät melko suurelti osin yhtä hyvin Alzheimerin taudin patofysiologiaa. Aβ:n antaminen on hieman yksinkertaisempi suorittaa käytännössä, sillä siinä ei tarvitse luoda transgeenista kantaa. Toisaalta transgeenisessa mallissa Aβ-patofysiologia syntyy enemmän Alzheimerin taudin kaltaisesti solujen sisällä eikä valmiita aggregoituvia Aβ-peptidejä anneta ulkopuolelta aivoihin. Molemmat mallit ovat kuitenkin käyttökelpoisia, ja soveltuvat erityisesti Aβ:an vaikuttavien lääkeaineiden kehittämiseen. Kokeellinen osa: Kokeen tarkoituksena oli validoida kohotettu ristikko-sokkelo (elevated plus-maze, EPM) hiirillä kognitiomallina. Kokeessa käytettiin kahden koekerran (trial, T) menetelmää, jossa koekertojen pituus oli viisi minuuttia. Näin saatiin useita oppimista kuvaavia parametreja. Hiirille yritettiin saada muistihäiriö aikaviiveen avulla (koekertojen väli 1-18 vrk) tai antamalla muskariinireseptoriantagonistia skopolamiinia (0,1-0,8 mg/kg i.p.) 30 minuuttia ennen T1:tä. Nämä kokeet suoritettiin sekä C57BL/6J- että ICR:(CD-1)-hiirillä. Aikaviivekokeissa ainut ryhmä, jolla oli viitettä unohtamisesta, oli ICR:(CD-1)-hiirien 18 vrk:n ryhmä. Tämän perusteella tutkittiin vielä 21 vuorokauden aikaväli, mutta selvää muistihäiriötä ei esiintynyt. Skopolamiini ei häirinnyt muistia ICR:(CD-1)-hiirillä, mutta C57BL/6J-hiirillä 0,2 mg/kg:n annoksesta ylöspäin merkitsevä muistihäiriö esiintyi. Näin ollen jatkokokeissa käytettäväksi valittiin skopolamiinin annos 0,2 mg/kg C57BL/6J-hiirillä, ja siinä tutkittiin donepetsiilin (0,3, 0,8 ja 1,5 mg/kg s.c), memantiinin (5,0 ja 10,0 mg/kg s.c) ja kokeellisen 5-HT6-antagonistin SB742457:n (1,5 ja 6,0 mg/kg s.c) muistia parantavia vaikutuksia. Tutkittavat lääkeaineet annettiin 40 minuuttia ennen T1:tä ja skopolamiini 30 minuuttia ennen. Memantiinilla (5,0 mg/kg) oli selkeä skopolamiinin heikentämää kognitiota parantava vaikutus ja donepetsiilillakin (1,5 mg/kg) suuntaus tähän. Tulosten perusteella malli näyttäisi soveltuvan muisti- ja oppimisvaikutusten tutkimiseen käytettäväksi malliksi.