Exploration of self-integrity in psychotic disorders through electroencephalographic activity analysis during a speech production and perception task

Abstract

Schizophrenia has been proposed as a self-disorder, with Anomalous Self-Experiences (ASEs) consistently identified in people with psychosis, even in at-risk states and early stages, remaining stable within this syndrome. These experiences reflect disruptions in preconscious identification of mental contents as our own, encompassing both cognitive and somatic aspects. ASEs can potentially impair the experience of ipseity, i.e., the automatic and preconscious sense of personal identity. The ipseity disturbance model suggests that diverse symptoms, including positive, negative, cognitive, and disorganized ones, may all share forms of disturbed ipseity. Given the preconscious nature of ASEs, some neural alteration likely underlies them, though current studies reveal little about the possible mechanisms involved.

Accurately identifying self-generated actions and thoughts is fundamental for developing and maintaining an intact sense of self. Corollary discharge is a neural mechanism that attenuates sensory consequences of self-initiated acts, contributing to self-identification, and appears altered in schizophrenia. A potential link between ASEs and corollary discharge dysfunction has been proposed, suggesting that early dysfunction could hinder the pre-reflective coordination between sensorimotor actions and environment, diminishing self-agency and leading to self-disorders. However, this hypothesis has not yet been tested.

The present doctoral thesis explored the corollary discharge mechanism as a potential biological substrate of ASEs in psychotic disorders. To this end, the auditory N1 Event-Related Potential (ERP) during Electroencephalographic (EEG) recordings was studied as an index of corollary discharge-mediated auditory cortical suppression. First, in a sample of healthy controls, N1 and P2 components were elicited by three conditions: i) real-time listening to self-pronounced vowels while speaking (talk condition), ii) passive listening to recorded self-uttered vowels (listen-self condition), and iii) passive listening to vowels recorded with an external voice (listen-other condition). Then, the talk and listen-self conditions were studied in people with schizophrenia. ASEs were scored alongside positive and negative symptoms using the 'Inventory of Psychotic-Like Anomalous Self-Experiences' (IPASE), the ‘Positive and Negative Syndrome Scale for Schizophrenia’ (PANSS), and the ‘Brief Negative Symptom Scale’ (BNSS). Finally, the specificity of corollary discharge alteration and its relationship with ASEs was explored by comparing the results found in schizophrenia with a group of people with bipolar disorder.

N1 ERP amplitude was lower in the talk condition compared to the listen-self and listen-other conditions in healthy controls. There were no differences between the two listening conditions, nor in the amplitude of P2 across task-conditions. The lower N1 amplitude in the talk condition was found in both patient groups. However, N1 suppression was significantly reduced in schizophrenia and inversely correlated with ASEs and positive and negative symptoms severity, with the same results found when first-episode and chronic patients were studied separately. People with bipolar disorder showed intermediate attenuation between both groups, not significantly different from either controls or schizophrenia, but N1 suppression was not related to the severity of ASEs in this group.

These findings replicate previous studies, confirming N1 auditory ERP suppression as an index of the correct functioning of the corollary discharge mechanism during vocalization. When speaking, we do not recognize our own voice based on the physical characteristics of that specific auditory stimulus. Instead, sensory identification of our own voice occurs at a pre-stimulus level, before the perception of the emitted sound, where corollary discharge takes place. Additionally, these results support previous data linking auditory N1 ERP amplitude with altered corollary discharge mechanisms in schizophrenia and suggest that corollary discharge dysfunction may underlie ASEs in this illness, which are also related to positive and negative symptoms. However, the intermediate suppression values observed in bipolar patients might suggest that a cortical inhibitory deficit is present in a smaller subset of individuals with bipolar disorder compared to those with schizophrenia.

La esquizofrenia ha sido propuesta como un trastorno del ¿yo¿, en el cual las Experiencias Anómalas del Yo (ASEs, por sus siglas en inglés) con comunes. Estas experiencias, presentes incluso en estados de riesgo y en etapas tempranas, reflejan alteraciones en la identificación preconsciente de los contenidos mentales como propios, pudiendo afectar al sentido automático y preconsciente de la identidad personal, es decir, la ipseidad, sugiriéndose además que diversos síntomas, incluyendo los positivos, negativos, cognitivos y desorganizados, pueden compartir formas de ipseidad alterada. Dada la naturaleza preconsciente de las ASEs, es probable que haya una alteración neuronal subyacente, aunque los estudios actuales revelan poco sobre los posibles mecanismos implicados.

El reconocimiento de las propias acciones y pensamientos es fundamental para desarrollar y mantener el sentido del ¿yo¿, La descarga corolaria es un mecanismo neural que atenúa las consecuencias sensoriales de los actos auto-iniciados y parece estar alterada en personas con esquizofrenia. Se ha propuesto un vínculo entre las ASEs y la alteración de este mecanismo, sugiriendo que una disfunción temprana podría dificultar la coordinación pre-reflexiva entre acciones sensoriomotoras y el entorno, disminuyendo el sentido de agencia y contribuyendo al desarrollo de trastornos del¿yo¿ . Sin embargo, esta hipótesis aún no ha sido probada.

En la presente tesis doctoral se exploró el mecanismo de descarga corolaria como posible sustrato biológico de las ASEs en trastornos psicóticos. Para ello, se estudió el Potencial Evocado Auditivo N1 (ERP, por sus siglas en inglés) mediante Electroencefalograma (EEG) como un indicador de la supresión cortical auditiva mediada por la descarga corolaria. Primero, en controles sanos, se estudiaron los componentes N1 y P2 durante tres condiciones: i) escucha en tiempo real de vocales auto-pronunciadas mientras se vocalizan (condición talk), ii) escucha pasiva de las vocales previamente grabadas (condición listen-self), y iii) escucha pasiva de las mismas vocales grabadas por otra persona (condición listen-other). Posteriormente, se compararon las condiciones talk y listen-self en personas con esquizofrenia. Se evaluaron las ASEs junto con los síntomas positivos y negativos utilizando el “Inventario de Experiencias Anómalas del Yo de Tipo Psicótico” (IPASE), la “Escala de Síndrome Positivo y Negativo” (PANSS) y la “Escala Breve de Síntomas Negativos” (BNSS). Finalmente, se exploró la especificidad de la alteración de la descarga corolaria y su relación con las ASEs comparando los resultados obtenidos con un grupo de personas con trastorno bipolar.

En controles sanos, la amplitud del ERP N1 fue menor en la condición talk en comparación con listen-self y listen-other. No hubo diferencias entre las dos condiciones de escucha ni en la amplitud de P2 entre las tres condiciones. En personas con esquizofrenia, la amplitud de N1 también fue menor durante la vocalización, sin embargo, la supresión fue significativamente menor en comparación con los controles, correlacionándose inversamente con la gravedad de las ASEs y los síntomas positivos y negativos. Estos resultados fueron consistentes tanto en pacientes con primer episodio como crónicos. Las personas con trastorno bipolar mostraron una supresión de N1 intermedia entre ambos grupos, aunque sin diferencias significativas y sin mostrar correlación con la gravedad de las ASEs.

Estos hallazgos confirman que la supresión del ERP N1 es un indicador del funcionamiento de la descarga corolaria durante el habla, proceso que ocurre a nivel pre-estimular y que nos permite suprimir la percepción de nuestra voz cuando hablamos. Los resultados vinculan la alteración de esta supresión en esquizofrenia con las ASEs, relacionadas también con los síntomas positivos y negativos. Sin embargo, los valores intermedios de supresión en personas con trastorno bipolar sugieren