Simulating EEG in schizophrenia through targeted structural connectivity manipulation in ’the virtual brain’

Abstract

Diese Arbeit untersucht die Simulation von Elektroenzephalographie (EEG)-Signalen bei Schizophrenie durch die Manipulation der strukturellen Hirnkonnektivität mittels der Plattform The Virtual Brain (TVB). Schizophrenie, eine komplexe psychische Erkrankung, ist durch Störungen der Hirnfunktion gekennzeichnet, doch ihre neurobiologischen Grundlagen sind nach wie vor unklar. Die Studie zielt darauf ab, zu erforschen, wie sich Veränderungen der strukturellen Konnektivität, insbesondere der weißen Substanz, auf die EEG-Muster bei Schizophrenie auswirken. Mithilfe von diffusion tensor imaging (DTI) und graphtheoretischen Analysen wurden Bahnen der weißen Substanz modelliert, um realistische Hirnkonnektivitätsmatrizen zu erstellen. Diese Matrizen wurden verwendet, um EEG-Signale zu simulieren und zu bewerten, wie Veränderungen der Konnektivität bekannte Veränderungen des EEG Spektrums bei Schizophrenie widerspiegeln. Obwohl die EEG-Simulationen die erwarteten makroskopischen Störungen teilweise erfassten, deuten Einschränkungen hinsichtlich der Vereinfachungen der weißen Substanz und der Modellannahmen darauf hin, dass weitere Verfeinerungen erforderlich sind.

This thesis investigates the simulation of electroencephalography (EEG) signals in schizophrenia by manipulating structural brain connectivity using the Virtual Brain (TVB) platform. Schizophrenia, a complex mental disorder, is characterized by disruptions in brain function, yet its neurobiological underpinnings remain unclear. The study aims to explore how changes in structural connectivity, particularly in white matter, affect EEG patterns in schizophrenia. Using diffusion tensor imaging (DTI) and graph-theoretical analysis, white matter tracts were modeled to generate realistic brain connectivity matrices. These matrices were then used to simulate EEG signals and assess how alterations in connectivity reflect known EEG spectral changes in schizophrenia. While the EEG simulations captured some of the expected macroscopic disruptions, limitations regarding the simplifications of white matter integrity and model assumptions suggest further refinement is needed.