Neurobiology of Functional Neurological Disorders

Mgr. Petr Sojka, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Úvod: Funkční neurologická porucha (FND) označuje somatické příznaky, které nejsou vysvětlitelné identifikovatelnou neurologickou patologií. V poslední době vzrůstá mezi klinickými výzkumníky zájem o výzkum vlivu emočních faktorů na rozvoji FND. Ačkoli existuje stále více důkazů o zvýšené limbické reaktivitě u pacientů s FND, úloha emocí při vzniku funkčních symptomů je stále do značné míry neznámá. Proto jsme na podkladě kritického zhodnocení studií zkoumali emoční zpracování, zejména emoční uvědomění a emoční regulaci, u pacientů s FND se zaměřením na základní rozdíly ve fungování mozku mezi pacienty a zdravými kontrolami (HC). Metody: V přehledové studii jsme zhodnotili evidenci o vlivu afektivních faktorů na rozvoj funkčních neurologických symptomů. Na základě závěrů z přehledové studie jsme vytvořili fMRI experiment s cílem prozkoumat rozdíly v emočně-regulačních strategiích a v emočním uvědomění mezi pacienty s funkční poruchou hybnosti a zdravými jedinci. Součástí dizertační práce je dále proof-of-concept studie využívající elektrofyziologii a virtuální realitu, jejímž cílem je tvorba prostředí pro indukci emočních reakcí. Prostředí poslouží jako základ pro budoucí terapeutické aplikace u pacientů s funkčními neurologickými symptomy. Výsledky: Výsledky přehledové studie poukazují na abnormality v několika oblastech zpracování emocí u pacientů s funkční neurologickou poruchou, zejm. vysokou afektivní excitaci, narušené tělesné a emoční uvědomění a abnormální motoricko-limbické interakce. Výsledky fMRI experimentu poukazují na sníženou aktivaci insuly během expozice negativním podnětům u pacientů s funkční poruchou hybnosti a také negativní korelaci mezi aktivací insuly a úrovněmi emočního uvědomění pouze ve skupině pacientů. Několik oblastí mozku bylo aktivováno odlišně u pacientů a zdravých jedinců při pozorování nepříjemných podnětů. Kromě zvýšené aktivace v pravém precuneu a levém post-centrálním gyru jsme také pozorovali zvýšenou aktivaci v levém posteriorním cingulu a v mozečku u pacientů s funkční poruchou hybnosti. V proof-of-concept experimentu jsme byli schopni indukovat stresové reakce v závislosti na charakteru VR scény. Vyšší hladiny somatizace u zdravých jedinců vedly k obecně vyšší srdeční frekvenci a nižší variabilitě srdeční frekvence.

Abstract:

Background: Functional Neurological Disorder (FND) refers to somatic symptoms not explained by identifiable neurological pathology. Even after more than 100 years of research interest, a pathological mechanism of the disorder remains enigmatic. Lately, a contribution of emotional factors on the development of the FND has received renewed interest among neuroimaging researchers. Although, there is a growing evidence for elevated limbic reactivity in FND patients, the role of emotions in generating functional symptoms is still largely unknown. Hence, on a background of critically reviewed research evidence we further sought to probe emotional processing, notably emotional awareness and emotional regulation, in FND patients with a focus on underlying differences in brain function between FND and healthy controls (HC). Methods: First, we critically evaluate evidence for a contribution of emotional factors to the development of functional neurological symptoms in a comprehensive review. Based on conclusions from the review, we set up an fMRI experiment with an aim to probe emotional processing and trait emotional awareness in functional movement disorder (FMD) patients. Finally, we conduct a proof-of-concept experimental study utilizing electrophysiology and virtual reality (VR) to establish an emotion-induction paradigm for a biofeedback-based therapeutic tool for FND patients. Results: The review suggests abnormalities in several areas of emotional processing in FND, notably high affective excitation, impaired bodily and emotional awareness, and abnormal motor-limbic interactions. Findings from the fMRI experiment showed decreased insular activation during exposure to negative stimuli in FMD patients and negative correlation between insular activation and levels of emotional awareness only in the FMD group. Several brain areas were differentially activated in FMD and HC while observing unpleasant stimuli. In addition to increased activation in the right precuneus and left post-central gyrus, we also observed increased activation in the left posterior cingulate cortex and right cerebellar lobule VI in FMD patients. In the proof-of concept experiment, we were able to demonstrate distinct stress reactions dependent on the VR scene. Higher somatization levels in healthy subjects lead to generally higher heart rate and lower heart-rate variability.

Keywords

funkční neurologická porucha, emoce, alexithymie, interocepce, neurozobrazování, virtuální realita, functional neurological disorder, emotions, alexithymia, interoception, neuroimaging, virtual reality

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 10. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 9. 4. 2020
• Supervisor: prof. MUDr. Martin Bareš, Ph.D.
• Reader: prof. PhDr. Tomáš Urbánek, Ph.D., prof. MUDr. Jan Roth, CSc., prof. MUDr. Jiří Horáček, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Medicine

Doctoral programme / field:
Neurosciences / Neurosciences