Nonlinear Dynamic Analysis of EEG in Patients with Positive and Negative Schizophrenia

양성 및 음성 정신분열증 환자 뇌파의 비선형 역동 분석

Objectives : The hypothesis that the brain is a nonlinear dynamical system exhibiting deterministic chaos has offered new perspectives to the investigation of information processing in the brain of schizophrenic patients. It seemed worthwhile to estimate nonlinear measures of the electroencephalogram (EEG) in positive and negative schizophrenics, because nonlinear measures might serve as indicators of the specific brain function in schizophrenia according to specific psychopathologies. Method : Previous studies which estimated the chaoticity in the brain of schizophrenia with nonlinear methods recorded the EEGs at limited electrodes, so we tried to record EEGs from 16 channels for nonlinear analysis in 8 positive and 9 negative schizophrenics and 8 healthy control subjects. We employed a new method to calculate the nonlinear invariant measures. For limited noisy data, this algorithm was strikingly faster and more accurate than previous ones. Results : Our results showed that the patients with negative schizophrenia had lower the first positive Lyapunov exponents ($L_1$) than the positive schizophrnics and control subjects at $T_3$ lead. Positive symptoms were positively correlated with $L_1$ in $C_3,\;O_1$ leads, and negatively correlated with $C_4$ lead. Conclusion : These results suggest that if clinical variables such as psychopathology or neuroleptic medications would be well controlled, the nonlinear analysis of the EEGs in patients with schizophrenia seems to be a useful tool in analyzing EEG data to explore the neurodynamics.

연구배경 : 양성 및 음성 정신분열병 환자간의 뇌파를 비선형적으로 분석하고 그 결과를 대조군과 비교하여 뇌파의 비선형 분석을 통한 정신분열병의 병태생리를 이해하기 위하여 양성 정신분열병 환자 8명, 음성 정신분열병 환자 9명과 정상 대조군 8명을 대상으로 하여 16전극에서 뇌파를 기록하여 비선형 분석을 시행하였다. 결과 : 좌측측두부 최대 양수 리아프노프 지수 값이 음성 정신분열병군에서 양성 정신분열병군과 정상 대조군에 비하여 유의하게 낮았으며, 일부 전극에서 양성증상은 좌측 두뇌의 카오스적 성상과 정상관이 있었으며 우측두뇌의 카오스적 성상과는 역상관이 있었다. 결론 : 본 연구결과를 통하여 정신분열병 환자의 두뇌 기능을 조사하는 데에 있어서 카오스적 역동을 응용한 뇌파분석이 임상적 유용성이 있음을 알 수 있었으며, 임상적 변인을 잘 통제한 연구가 필요하다는 것을 확인할 수 있었다.