Analyzing and Modeling non-equilibrium Brain Dynamics in Schizophrenia = Analisi e modellizzazione della dinamica cerebrale di non-equilibrio nella schizofrenia

La schizofrenia è un disturbo neuropsichiatrico complesso, caratterizzato da un'alterata dinamica cerebrale, i cui meccanismi di non-equilibrio rimangono tuttavia poco compresi. In questo studio, il multivariate Ornstein–Uhlenbeck (MOU) process viene fittato a dati fMRI a riposo di individui con schizofrenia e di individui sani, con l’obiettivo di quantificare le differenze nell’irreversibilità e nella risposta lineare a perturbazioni locali. Fittando il MOU process alle matrici di covarianza empiriche, stimiamo per ciascun soggetto una diffusion matrix e una friction matrix, che definiscono completamente il processo stocastico. I nostri risultati mostrano un aumento statisticamente significativo del global entropy production rate nei pazienti affetti da schizofrenia, indicativo di una dinamica cerebrale di non-equilibrio più marcata. Un'analisi regionale, inoltre, individua il giro temporale inferiore sinistro (left inferior temporal gyrus) e la pars orbitalis sinistra come regioni cerebrali fondamentali che contribuiscono a tale irreversibilità. Inoltre, la linear response theory rivela un’alterata propagazione delle perturbazioni locali nei soggetti schizofrenici, con differenze significative nell’area sotto la curva di risposta e nelle misure di latenza di quest'ultima, nelle regioni prefrontali e parietali. Questi risultati suggeriscono che la schizofrenia sia associata a una diffusa alterazione della dinamica cerebrale di non-equilibrio e mettono in evidenza potenziali biomarcatori del disturbo.