계층적 동적 인과관계 모델링을 이용한 클로자핀 투여 분석 논문 Neuroimage 게재

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우리 연구실의 어진석 박사과정 연구원이 정신분열 환자에의 클로자핀 투여 및 뇌파에 대한 계층적 동적 인과관계 모델링 및 계산신경과학적 분석을 주제로 논문을 발표하여 Neuroimage 학술지에 게재되었습니다.

Neuropharmacological computational analysis of longitudinal electroencephalograms in clozapine-treated patients with schizophrenia using hierarchical dynamic causal modeling

The hierarchical characteristics of the brain are prominent in the pharmacological treatment of psychiatric diseases, primarily targeting cellular receptors that extend upward to intrinsic connectivity within a region, interregional connectivity, and, consequently, clinical observations such as an electroencephalogram (EEG). To understand the long-term effects of neuropharmacological intervention on neurobiological properties at different hierarchical levels, we explored long-term changes in neurobiological parameters of an N-methyl-D-aspartate canonical microcircuit model (CMM-NMDA) in the default mode network (DMN) and auditory hallucination network (AHN) using dynamic causal modeling of longitudinal EEG in clozapine-treated patients with schizophrenia. The neurobiological properties of the CMM-NMDA model associated with symptom improvement in schizophrenia were found across hierarchical levels, from a reduced membrane capacity of the deep pyramidal cell and intrinsic connectivity with the inhibitory population in DMN and intrinsic and extrinsic connectivity in AHN. The medication duration mainly affects the intrinsic connectivity and NMDA time constant in DMN. Virtual perturbation analysis specified the contribution of each parameter to the cross-spectral density (CSD) of the EEG, particularly intrinsic connectivity and membrane capacitances for CSD frequency shifts and progression. It further reveals that excitatory and inhibitory connectivity complements frequency-specific CSD changes, notably the alpha frequency band in DMN. Positive and negative synergistic interactions exist between neurobiological properties primarily within the same region in patients treated with clozapine. The current study shows how computational neuropharmacology helps explore the multiscale link between neurobiological properties and clinical observations and understand the long-term mechanism of neuropharmacological intervention reflected in clinical EEG.

뇌의 계층적 특성은 정신 질환의 약리학적 치료에서 두드러지며, 주로 지역 내 고유 연결성, 지역 간 연결성, 결과적으로 뇌파도(EEG)와 같은 임상 관찰까지 확장되는 세포 수용체를 대상으로 합니다. 다양한 계층적 수준에서 신경생물학적 특성에 대한 신경약리학적 개입의 장기적 효과를 이해하기 위해 기본 모드 네트워크에서 N-메틸-D-아스파르테이트 표준 미세회로 모델(CMM-NMDA)의 신경생물학적 매개변수의 장기적 변화를 조사했습니다. DMN 및 청각 환각 네트워크 (AHN) 클로자핀 치료 정신 분열증 환자에서 세로 EEG의 동적 인과 관계 모델링을 사용합니다. 정신 분열증의 증상 개선과 관련된 CMM-NMDA 모델의 신경 생물학적 특성은 깊은 피라미드 세포의 막 용량 감소와 DMN의 억제 인구와의 본질적인 연결성 및 AHN의 내재적 및 외재적 연결성에서 계층적 수준에 걸쳐 발견되었습니다. 투약 기간은 주로 DMN의 고유 연결성과 NMDA 시정수에 영향을 미칩니다. 가상 섭동 분석은 EEG의 교차 스펙트럼 밀도(CSD)에 대한 각 매개변수의 기여도, 특히 CSD 주파수 이동 및 진행을 위한 고유 연결성과 막 정전용량을 지정했습니다. 또한 흥분성 및 억제성 연결성이 주파수별 CSD 변화, 특히 DMN의 알파 주파수 대역을 보완한다는 것을 보여줍니다. 클로자핀으로 치료받은 환자의 동일한 영역 내에서 주로 신경생물학적 특성 간에 양성 및 음성 상승적 상호작용이 존재합니다. 현재 연구는 전산 신경약리학이 신경생물학적 특성과 임상 관찰 사이의 다단계 연결을 탐색하고 임상 EEG에 반영된 신경약리학적 개입의 장기 메커니즘을 이해하는 데 어떻게 도움이 되는지 보여줍니다.