Accepted Manuscript Title: Abnormal Functional Connectivity Density in Psychogenic Non-epileptic Seizures Author: Ju-Rong Ding Dongmei An Wei Liao Guo-Rong Wu Qiang Xu Dong Zhou Huafu Chen PII: DOI: Reference:

S0920-1211(14)00137-5 http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.eplepsyres.2014.05.006 EPIRES 5156

To appear in:

Epilepsy Research

Received date: Revised date: Accepted date:

14-11-2013 14-4-2014 6-5-2014

Please cite this article as: Ding, J.-R., An, D., Liao, W., Wu, G.R., Xu, Q., Zhou, D., Chen, H.,Abnormal Functional Connectivity Density in Psychogenic Non-epileptic Seizures, Epilepsy Research (2014), http://dx.doi.org/10.1016/j.eplepsyres.2014.05.006 This is a PDF file of an unedited manuscript that has been accepted for publication. As a service to our customers we are providing this early version of the manuscript. The manuscript will undergo copyediting, typesetting, and review of the resulting proof before it is published in its final form. Please note that during the production process errors may be discovered which could affect the content, and all legal disclaimers that apply to the journal pertain.

Title page  Title:  Abnormal  Functional  Connectivity  Density  in  Psychogenic  Non‐epileptic 

ip t

Seizures   

cr

Running title: Abnormal FCD in PNES 

us

 

Authors: Ju‐Rong Ding1,2, Dongmei An3, Wei Liao4,5, Guo‐Rong Wu1, Qiang Xu5, Dong 

an

Zhou3*, Huafu Chen1* 

M

  1

Key Laboratory for Neuroinformation of Ministry of Education, School of Life Science 

2

te

610054, PR China.   

d

and  Technology,  University  of  Electronic  Science  and  Technology  of  China,  Chengdu 

Ac ce p

Institute  of  Automation  and  Electronic  Information,  Sichuan  University  of  Science 

and Engineering, Zigong 643000, PR China. 

3

Department  of  Neurology,  West  China  Hospital  of  Sichuan  University,  Chengdu 

610041, PR China. 

4

Center  for  Cognition  and  Brain  Disorders  and  the  Affiliated  Hospital,  Hangzhou 

Normal University, Hangzhou 310015, PR China.  5

Department  of  Medical  Imaging,  Nanjing  Jinling  Hospital,  Clinical  School,  Medical 

College, Nanjing University, Nanjing 210002, PR China.    1

Page 1 of 37

*Corresponding authors:  Huafu  Chen,  School  of  Life  Science  and  Technology,  University  of  Electronic  Science 

ip t

and  Technology  of  China,  Chengdu  610054,  PR  China.  Fax:  86‐28‐83208238.  E‐mail:  [email protected]

cr

Dong  Zhou,  Department  of  Neurology,  West  China  Hospital  of  Sichuan  University, 

us

Chengdu 610041, PR China. Fax: 86‐28‐85422549. E‐mail: [email protected]

Ac ce p

te

d

M

an

 

2

Page 2 of 37

Abstract  Purpose:  Psychogenic  non‐epileptic  seizures  (PNES)  are  paroxysmal  behaviors  that 

ip t

resemble epileptic seizures but lack abnormal electrical activity. Some neuroimaging  studies have reported that PNES exhibits aberrant functional connectivity in specific 

cr

brain networks. Thus, advanced neuroimaging technologies may aid clinical diagnosis 

us

and treatment of PNES.   

Methods:  We  investigated  changes  in  brain  functional  connectivity  in  18  patients 

an

with PNES and 20 healthy controls. Functional connectivity density mapping (FCDM), 

M

a  voxelwise  data‐driven  technique,  was  employed  to  compute  local  and  global  FCD  maps.  Then,  short‐range  and  long‐range  FCD  values  were  calculated  and  group 

d

analyses  performed  between  patents  with  PNES  and  healthy  controls.  A  correlation 

te

analysis with clinical variables was also performed.   

Ac ce p

Results: We found that patients with PNES showed abnormal FCD regions mainly in  the  frontal  cortex,  sensorimotor  cortex,  cingulate  gyrus,  insula  and  occipital  cortex. 

Seed‐voxel  correlation  analyses  also  showed  disrupted  functional  connectivity  between these regions. In addition, the occipital cortex FCD correlated with duration  of disease. 

Conclusion: The present results support the hypothesis that patients with PNES are  associated with altered attention, sensorimotor and emotion systems. Furthermore,  correlations between altered regions in the occipital cortex and duration  of disease  may  reflect  an  adaptation  in  these  patients  for  long‐term  hypervigilance  and  3

Page 3 of 37

increased  response  to  external  stimuli.  This  study  adds  new  knowledge  to  our  understanding of the pathophysiological mechanisms underlying PNES. 

ip t

  Keywords:  long‐range  FCD;  short‐range  FCD;  resting‐state  functional  connectivity; 

cr

sensorimotor system; psychogenic non‐epileptic seizures 

Ac ce p

te

d

M

an

us

 

4

Page 4 of 37

1.1 Introduction  Psychogenic  non‐epileptic  seizures  (PNES)  are  paroxysmal  behaviors  with  altered 

ip t

movement, sensation, or experience, which resemble epileptic seizures, but are not  accompanied  by  ictal  epileptiform  brain  discharges  (Baslet,  2011;  Devinsky  et  al., 

cr

2011).  PNES  can  be  interpreted  as  an  experiential  or  behavioral  response  to 

us

emotional,  psychological,  or  social  distress  (Reuber,  2008).  Patients  with  PNES  are  often misdiagnosed and treated for epilepsy, which is detrimental because of the side 

an

effects  of  antiepileptic  drugs  and  the  delay  in  proper  treatment(Leis  et  al.,  1992;  Reuber  et  al.,  2004).  It  has  been  observed  that  the  diagnosis  of  PNES  is  usually 

M

delayed  for  an  average  of  7  years  (Reuber  et  al.,  2002),  significantly  impacting 

te

 

d

patients’ quality of life (Szaflarski et al., 2003b; Szaflarski et al., 2003a). 

Etiologically,  PNES  is  related  to  the  dysfunction  in  processing  of  psychological  or 

Ac ce p

social  distress  (Baslet,  2011;  Uliaszek  et  al.,  2012),  manifesting  as  an  altered  cognitive‐emotional  attention  system  (Baslet,  2011).  During  episodes  of  PNES,  sensorimotor  and  cognitive  processes  are  affected  and  not  properly  integrated, 

resulting  in a  range  of  involuntary behavioral  patterns  (Baslet,  2011).  Findings  from 

recent  neuroimaging  studies  have  provided  evidence  to  support  this  notion.  Using 

resting‐state  functional  magnetic  resonance  imaging  (rs‐fMRI)  technology,  van  der  Kruijs et al. found dysfunctional connectivity  between  emotional, executive  control,  and sensorimotor networks in PNES (van der Kruijs et al., 2012). In addition, an EEG  synchronization study  revealed  decreased  prefrontal  and  parietal  synchronization in  5

Page 5 of 37

PNES,  reflecting  dysfunction  of  fronto‐parietal  networks  (Knyazeva  et  al.,  2011).  Overall,  these  studies  suggest  aberrant  functional  connectivity  in  specific  brain 

ip t

networks, contributing to understanding the pathophysiological mechanism of PNES.  Therefore,  advanced  neuroimaging  technologies  may  aid  the  clinical  diagnosis  and 

cr

treatment of PNES. 

us

 

In  the  present  study,  we  compared  brain  functional  connectivity  density  (FCD) 

an

between  patients  with  PNES  and  healthy  controls.  Functional  connectivity  density  mapping (FCDM) is a voxelwise data‐driven technique, recently proposed by Tomasi 

M

and  Volkow  (Tomasi  and  Volkow,  2010).  Simple  voxelwise  functional  connectivity  analyses only depict brain functional connectivity. In contrast, FCDM can locate highly 

te

d

connected  brain  regions  (functional  hubs),  and  is  broadly  equivalent  to  the  combination  of  simple  voxelwise  functional  connectivity  analyses  and  graph  theory 

Ac ce p

analysis.  In  addition,  simple  voxelwise  functional  connectivity  analyses  are 

computationally  demanding.  However,  FCDM  is  an  ultrafast  method  and  can  compute  local  and  global  FCD  maps  with  high  spatial  resolution  (3‐mm  isotropic),  allowing  identification  of  functional hubs  (regions  that  are densely  connected)  with  high sensitivity and discrimination among short‐range FCD hubs and long‐range FCD 

hubs (Tomasi and Volkow, 2012b,a). Thus, the  present study used FCDM analysis  to  investigate  abnormal  connectivity  in  PNES.  We  aimed  to  find  regions  exhibiting  altered  FCD  in  patients  with  PNES,  and  further  investigate  whether  altered  brain  regions were related to the duration of disease. On the basis of previous findings and  6

Page 6 of 37

clinical symptoms of PNES, we hypothesized that regions with altered FCD in patients  with PNES might be associated with attention, emotion, and sensorimotor systems. 

ip t

 

1.2 Materials and Methods 

cr

1.2.1 Participants 

us

The participants were the same as in our previous study (Ding et al., 2013). A total of  20  patients  with  PNES  (7  males,  mean  age:  19.65±7.56  years)  and  20  healthy 

an

volunteers (8 males, mean age: 21.85±1.70 years) from the Department of Neurology,  West China Hospital, Chengdu, China were recruited. Patients with PNES were given 

M

definitive  diagnoses  by  experienced  neurologists  using  clinical  descriptions  of  symptoms  and  long‐term  video/EEG  monitoring,  consistent  with  recent 

te

d

recommendations (Benbadis et al., 2004; Devinsky et al., 2011). The inclusion criteria  were: 1) at least one single typical episode recorded by video EEG, and EEG did not 

Ac ce p

show  any  epileptiform  discharge  or  ictal  slowing;  2)  patients  had  no  history  of  neurological  disease;  3)  patients  had  no  obvious  abnormality  in  routine  structural  MRI  examinations.  The  exclusion  criteria  were:  1)  patients  with  neurological 

comorbidity (e.g. epilepsy); 2) patients with malingering, or any psychiatric disorders 

(e.g. mood and anxiety disorders, schizophrenia, and psychosis). Here, the diagnosis 

of malingering or psychiatric disorders was determined by two attending psychiatrists  using  the  Structured  Clinical  Interview  for  DSM‐IV  (SCID)‐Patients  Version  and  their  scores on the Hamilton Anxiety Rating Scale and Hamilton Depression Rating Scale.  Only patients with a diagnosis of definite PNES were included in the study. Four out  7

Page 7 of 37

of 20 patients were taking antiepileptic drugs before the diagnosis of PNES. All drugs  were  discontinued  at  least  2  weeks  prior  to  MRI  examination.  Demographic  and 

ip t

Clinical Characteristics of the patients with PNES are shown in Table 1. To increase the  homogeneity  of  the  patient  group,  two  patients  with  very  long  duration  of  disease 

cr

(approximately 18 years) were excluded from the study, resulting in a final analysis of 

us

18  patients  with  PNES  and  20  healthy  controls.  The  control  subjects  had  no  neurologic/psychiatric  disorders,  evaluated  using  the  SCID‐Non‐Patient  Version,  and 

an

had not taken any psychotropic medication within the past 6 months. This study was  approved  by  the  Local  Ethics  Committee  of  West  China  Hospital,  and  written 

M

informed consent was obtained from each subject before experimentation. 

te

1.2.2 Data Acquisition 

d

 

All imaging data were collected on a 3T Siemens Trio system (Erlangen, Germany) at 

Ac ce p

the  MR  Research  Center  of  West  China  Hospital,  Chengdu,  China.  During  data 

acquisition, subjects were instructed to relax with their eyes closed, and to keep their  heads  still.  Foam  padding  and  earplugs  were  used  to  reduce  head  motion  and  scanner noise. Functional images were acquired using a single‐shot, gradient‐recalled  echo planar imaging sequence for a total of 205 volumes (repetition time [TR]/echo 

time [TE] = 2000/30 ms; flip angle = 90°; field of view = 240×240 mm2; in‐plane matrix  =  64×64;  voxel  size  =  3.75×3.75×5  mm3,  no  slice  gap;  30  axial  slices).  Additionally,  high‐resolution  T1‐weighted  anatomical  images  were  also  acquired  using  a  magnetization‐prepared rapid gradient‐echo sequence (TR/TE = 20/3.69 ms; flip angle  8

Page 8 of 37

=  12°;  field  of  view  =  250×250  mm2;  in‐plane  matrix  =  320×320;  voxel  size  =  0.78×0.78×1 mm3, no slice gap, 128 sagittal slices) for each subject.   

ip t

  1.2.3 Data Preprocessing 

cr

Functional  images  preprocessing  was  performed  using  the  Statistical  Parametric 

us

Mapping  software  (SPM8,  http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm).  The  first  five  volumes  were  not  analyzed  to  allow  for  signal  equilibration  effects.  The  remaining  200 

an

consecutive  volumes  were  corrected  for  temporal  differences  and  head  motion,  spatially  normalized  to  the  Montreal  Neurological  Institute  (MNI)  echo‐planar 

M

imaging template and resampled to 3‐mm cubic voxels. There were no subjects with  movement  greater  than  1.5  mm  translation  or  1.5°  rotation.  Recent  studies  have 

te

d

shown that functional connectivity analysis is sensitive to gross head motion effects  (Power et al., 2012; Van Dijk et al., 2012); therefore, we further evaluated the mean 

Ac ce p

absolute  displacement  of  each  brain  volume  as  compared  with  the  previous  volume(Van Dijk et al., 2012). The largest mean displacement (MD) of all subjects was 

less  than  0.2  mm,  and  there  was  no  significant  difference  in  mean  displacement  between patients with PNES and healthy controls (MD: 0.0838±0.0319 for PNES and  0.0869±0.0316  for  healthy  controls;  p = 0.7568 )  using  a  two‐sample  two‐tailed  t   test. For each subject, we extracted all voxels’ time series data from brain gray matter  (not  including  the  cerebellum).  In  the  present  study,  we  only  investigated  cerebral 

alterations in patients with PNES, thus the cerebellum was excluded. Next, the time  series of each voxel was corrected using a linear regression process to remove several  9

Page 9 of 37

spurious  sources  of  variances,  including  six  head  motion  parameters  and  averaged  signals  from  ventricles  and  white  matter.  The  residuals  of  these  regressions  were 

ip t

temporally band‐pass filtered (0.01‐0.08 Hz) to reduce low‐frequency drift (Foerster  et al., 2005) and high‐frequency noise related to respiratory and other physiological 

cr

processes (Cordes et al., 2001).   

us

  1.2.4 Functional Connectivity Density 

an

The preprocessed image data underwent FCD mapping (Tomasi and Volkow, 2010) to  compute  the  strength  of  the  local  FCD  (lFCD)  and  global  FCD  (gFCD),  a  detailed 

M

description  of  the  computation  of  lFCD  and  gFCD  is  given  in  Tomasi  and  Volkow  (2010). Briefly, we first defined the number of functional connections,  ki , which was 

te

d

calculated using Pearson correlation coefficients between the time series of voxel  i   and  the  other  voxels  using  a  given  threshold  T .  Here,  the  correlation  coefficient 

Ac ce p

threshold  T   was  set  to  0.44,  corresponding  to  p < 0.05 ,  family‐wise  error  (FWE)‐corrected.  This  correlation  coefficient  threshold  was  used  to  reduce  the 

chance of false positive connections across all subjects. 

 

According to the definition of Tomasi and Volkow (2010), the lFCD at a given voxel  i   is  the  local  ki   between  i   and  its  neighbor  voxels  using  a  three‐dimensional  searching  algorithm  developed  in  Interactive  Data  Language  (IDL).  When  all  the  neighbors  of  voxel  i   are  detected,  the  local  ki   can  be  calculated.  Then  the  same  steps  are  repeated  for  the  next  voxel.  After  obtaining  all  voxels’  local  functional  10

Page 10 of 37

connections, the lFCD mapping of each subject was obtained.   

ip t

For a given voxel  i , the gFCD was defined as the global functional connections,  ki ,  between  i   and  all  other  voxels  in  the  brain.  Two  voxels  were  considered 

cr

functionally  connected  if  the  correlation  coefficient  was  larger  than  0.44.  The 

us

calculation  was  repeated  for  all  voxels  in  the  brain.  A  simple  approach,  based  on  a  parallel algorithm, was developed in C‐language to speed up calculation of the gFCD 

an

by taking advantage of multiprocessor computer architectures. 

1.2.5 Short‐ and Long‐range FCD 

M

 

The  lFCD  predominantly  reflects  functional  connectivity  of  the  local  cluster,  so  the 

te

d

short‐range  FCD  is  equated  to  the  lFCD.  As  the  gFCD  included  both  local  and  distal  functional  connections,  the  long‐range  FCD  is  defined  as  gFCD‐lFCD  (Tomasi  and 

Ac ce p

Volkow, 2012b,a). To minimize differences in functional anatomy of the brain across 

subjects,  short‐  and  long‐range  FCD  maps  were  spatially  smoothed  by  convolution 

with  an  isotropic  Gaussian  kernel  (FWHM=8mm)  in  SPM8  (Tomasi  and  Volkow,  2012b,a).  For  each  subject,  short‐  and  long‐range  FCD  distributions  were  further  scaled  by  the  average  strength  in  the  whole  brain  respectively  to  reduce  individual 

overall differences in the strength of FCD.    1.2.6 Statistical analysis  One‐way  analysis  of  covariance  (ANCOVA)  with  three  covariates  (age,  gender  and  11

Page 11 of 37

mean  displacement)  was  implemented  in  SPM8  to  compare  group  differences  in  short‐  and  long‐range  FCD  respectively.  The  statistical  significance  of  group  differences was set at  t > 2.4377   (individual voxel threshold  p < 0.01 , df = (1,36) ) 

ip t

and minimum cluster size of 59 voxels, corresponding to a corrected  p < 0.05 . This 

cr

correction was confined within the brain gray matter (not including the cerebellum) 

us

and  was  determined  by  the  Monte  Carlo  simulations  performed  by  the  AlphaSim  program in the REST toolkit (http://sourceforge.net/projects/resting‐fmri).   

an

 

Further, clusters with significant differences were evaluated using regions of interest 

M

(ROI)  analysis.  Each  ROI  was  a  9‐mm  isotropic  cube  including  27  voxels  (0.73cm3),  centered  at  the  Montreal  Neurological  Institute  coordinates  of  the  local  maxima.  A 

te

d

correlation analysis was then performed between these ROIs and duration of disease.  Using  standard  seed‐voxel  correlation  analyses,  we  further  examined  resting‐state 

Ac ce p

functional  connectivity  (RSFC)  maps  through  Pearson  correlation  coefficients  between the averaged time series of the abnormal ROIs and those of other voxels in  the brain gray matter, respectively. The correlation coefficient maps were converted 

into  z   maps by  Fisher’s  r ‐to‐ z   transformation  to  improve  normality,  and the  z   maps were spatially smoothed (FWHM=8mm) like the FCD maps. Group comparisons  were  performed  using  one‐way  ANCOVA,  and  the  statistical  threshold  was  set  at 

p < 0.05   (corrected for multiple comparisons using the AlphaSim program).   

1.3 Results  12

Page 12 of 37

1.3.1 Short‐ and long‐range FCD distributions  Fig. 1A and B show the average distribution of short‐range FCD in patients with PNES 

ip t

and healthy controls respectively. For both patients with PNES and healthy controls,  the high short‐range FCD was mainly distributed in the bilateral precuneus, cuneus, 

cr

occipital cortex, parietal cortex, postcentral gyrus, and middle temporal gyrus. Fig. 2A 

us

and  B  show  the  average  distribution  of  long‐range  FCD  in  patients  with  PNES  and  healthy  controls,  respectively.  The  high  long‐range  FCD  was  also  distributed  in  the 

an

bilateral  posterior  cingulate/precuneus,  median  cingulate  gyrus,  parietal  cortex,  angular, middle temporal gyrus and dorsolateral prefrontal cortex. Regions with high 

M

FCD  indicate  that  they  might  play  important  roles  in  brain  networks,  namely  hubs.  The  FCD  hubs  found  in  the  present  study  are  consistent  with  previous  studies 

 

te

d

(Buckner et al., 2009; Tomasi and Volkow, 2012b). 

Ac ce p

1.3.2 Group Comparisons 

We  found  that  patients  with  PNES showed  increased  short‐range  FCD  mainly  in  the 

left  middle  frontal  gyrus,  superior  frontal  gyrus,  medial  part  of  the  superior  frontal 

gyrus,  anterior  cingulate  gyrus,  supplementary  motor  area,  and  bilateral  median  cingulate  gyrus,  and  decreased short‐range  FCD  mainly  in the  right  middle  occipital 

gyrus  compared  with  healthy  controls  (Fig.  1C,  p < 0.05 ,  AlphaSim  corrected).  The  results of ROI analysis are shown in Table 2.    Compared  with  healthy  controls,  patients  with  PNES  showed  increased  long‐range  13

Page 13 of 37

FCD mainly in the bilateral calcarine fissure, lingual gyrus, supplementary motor area,  and the right superior temporal gyrus, insula, precentral and postcentral gyrus, and 

ip t

the left paracentral lobule; and decreased long‐range FCD mainly in the right medial  prefrontal cortex, middle frontal gyrus, triangular and opercular parts of the inferior 

cr

frontal  gyrus,  superior  frontal  gyrus,  medial  part  of  the  superior  frontal  gyrus, 

us

supramarginal  gyrus  and  inferior  parietal  gyrus  (Fig.  2C,  p < 0.05 ,  AlphaSim  corrected). The results of the ROI analysis are shown in Table 3. 

an

  1.3.3 RSFC Networks 

M

To further explore the hypo/hyper connectivity between brain regions and abnormal  short‐  and  long‐range  FCD  regions  in  patients  with  PNES,  we  examined  functional 

 

te

d

connectivity networks in patients and healthy controls. 

Ac ce p

The RSFC maps for abnormal FCD regions belonging to the same brain system, i.e. the  left frontal, cingulate, visual, sensorimotor, and right frontal cortex, were combined  using  a  conjunction  analysis  (Fox  et  al.,  2005;  Zhang  et  al.,  2011).  For  the  RSFC 

conjunctions  of  the  left  middle,  superior,  and  medial  part  of  the  superior  frontal  gyrus  seeds,  we  found  increased  functional  connectivity  among  those  seeds  and  in 

the anterior cingulate gyrus and right median cingulate gyrus in patients with PNES  (Fig.  3A,  p < 0.05 ,  AlphaSim  corrected).  For  the  RSFC  conjunctions  of  the  anterior  cingulate  gyrus  and  bilateral  median  cingulate  gyrus  seeds,  we  observed  that  the  patients with PNES exhibited increased functional connectivity mainly between each  14

Page 14 of 37

other  and  in  the  frontal  cortex,  supplementary  motor  area  and  precuneus  (Fig.  3B, 

p < 0.05 ,  AlphaSim  corrected).  For  the  RSFC  conjunctions  of  the  bilateral 

ip t

supplementary  motor  area,  right  precentral  and  postcentral  gyrus,  and  left  paracentral lobule seeds, we found increased functional connectivity mainly between 

cr

each other and in the bilateral precuneus, median cingulate gyrus, superior temporal 

us

cortex,  and  right  pole  part  of  the  superior  temporal  cortex  (Fig.  3D,  p < 0.05 ,  AlphaSim  corrected)  in  the  patients  with  PNES.  For  the  RSFC  conjunctions  of  the 

an

bilateral  calcarine  fissure  and  lingual  gyrus  seeds,  we  found  increased  functional  connectivity  between  each  other  and  in  the  bilateral cuneus,  postcentral gyrus  and 

M

left precuneus, and decreased functional connectivity in the bilateral fusiform gyrus, 

 

te

patients with PNES. 

d

middle  and  superior  occipital  cortex  (Fig.  3E,  p < 0.05 ,  AlphaSim  corrected)  in  the 

Ac ce p

For the RSFC conjunctions of the right medial prefrontal cortex, middle frontal gyrus, 

triangular and opercular parts of the inferior frontal gyrus, superior and medial parts 

of the superior frontal gyrus seeds, we found common lower functional connectivity  in the right inferior parietal, supramarginal and angular gyrus in patients with PNES  (Fig. 3F,  p < 0.05 , AlphaSim corrected).   

  The RSFC maps of the right insula exhibited increased functional connectivity in the  bilateral superior temporal cortex, supplementary motor area, rolandic area and left  supramarginal gyrus (Fig. 3C,  p < 0.05 , AlphaSim corrected).  15

Page 15 of 37

  1.3.4 Correlation with Duration of Disease 

ip t

Spearman correlations were calculated between the abnormal regions and duration  of disease after removing potential outliers (Schwarzkopf et al., 2012). As seen in Fig. 

cr

4,  three  regions  with  increased  long‐range  FCD  in  patients  with  PNES  were 

us

significantly  positively  correlated  with  disease  duration  ( p < 0.05 ),  including  the  bilateral lingual gyrus, and the right calcarine fissure. For short‐range FCD, no regions 

an

were found to correlate with disease duration.   

M

1.4 Discussion 

The  present  study  investigated  map  changes  in  brain  functional  connectivity, 

te

d

including  short‐  and  long‐range  FCD,  in  patients  with  PNES  using  a  voxelwise  data‐driven approach. The  regions  with  abnormal  functional  connectivity  density  in 

Ac ce p

patients with PNES were mainly involved in the frontal cortex, sensorimotor cortex,  cingulate gyrus, insula, and occipital cortex, supporting the hypothesis that PNES are 

associated with altered attention, sensorimotor and emotion systems. Furthermore, 

some altered regions in the occipital cortex were correlated with duration of disease.  This  study  provides  new  insights  into  our  understanding  of  the  pathophysiological  mechanisms underlying PNES.    1.4.1 Altered Short‐range FCD  Compared with healthy controls, regions with increased short‐range FCD in patients  16

Page 16 of 37

with  PNES  were  mainly  involved  in  the  left  frontal  cortex,  anterior  cingulate  gyrus,  and  the  bilateral  median  cingulate  gyrus  (Table  2).  The  frontal  cortex  is  considered 

ip t

the emotional  control center, and the left frontal  cortex is responsible for language  skills, problem solving ability, impulse control, and judgment (Miller and Cummings, 

cr

1999).  The  cingulate  cortex  is  engaged  in  self‐control  of  cognitive  processing  and 

us

attention, novelty detection, and task implementation (Bush et al., 2000; Dosenbach  et al., 2006; Paus et al., 1993; Paus, 2001). Previous studies have found that patients 

an

with  PNES  show  hyper  responses  to  novel  stimuli,  and  fail  to  neglect  irrelevant  stimuli  with  social  emotion  (Gene‐Cos  et  al.,  2005;  Pouretemad  et  al.,  1998). 

M

Moreover, patients with PNES experience more stress, are more likely to deny their  experiences  of  psychological  stress,  and  to  choose  avoidance  oriented  coping 

te

d

strategies, such as behavioral efforts to avoid conflicts or stress (Bakvis et al., 2011;  Frances et al., 1999; Tojek et al., 2000). The findings of increased short‐range FCD in 

Ac ce p

the left frontal and cingulate cortex in patients with PNES suggest that the function of 

these regions may be impaired. Furthermore, the RSFC maps based on seeds in the  left frontal and cingulate cortex exhibited hyperconnectivity within each system and 

also  between  each  other.  Therefore,  our  findings  support  an  altered 

cognitive‐emotional attention system in patients the PNES (Baslet, 2011). 

  1.4.2 Altered Long‐range FCD  Patients  with  PNES  showed  increased  long‐range  FCD  mainly  in  the  insula,  sensorimotor  (including  bilateral  supplementary  motor  area,  right  precentral  and  17

Page 17 of 37

postcentral gyrus) and occipital cortex (including bilateral calcarine fissure and lingual  gyrus)  (Table  3).  The  insula  is  an  important  multisensory  integration  area  that 

ip t

mediates  interpretation  of  sensory  information  from  the  body,  related  to  emotion  regulation,  visceral  sensory  perception,  and  self‐awareness  (Craig,  2002;  Pollatos  et 

cr

al., 2007). Altered long‐range FCD found in the insula supports that PNES is involved 

us

in impaired function of emotion and cognition (Reuber et al., 2004).     

an

PNES are episodes of altered movement and sensation (Brown et al., 2011). During  episodes  of  PNES,  sensorimotor  and  cognitive  processes  are  affected  and  not 

M

properly  integrated,  resulting  in  a  range  of  involuntary  behavioral  patterns  (Baslet,  2011). For most patients, these involuntary behavioral patterns are avoidant coping 

te

d

strategies  used  to  deal  with  stressors,  to  keep  them  from  experiencing  stressful  events or from memories of those events (Bakvis et al., 2011; Magaudda et al., 2011). 

Ac ce p

A recent rs‐fMRI study reported that patients with PNES showed abnormal functional  connectivity  in  the  sensorimotor  cortex  (van  der  Kruijs  et  al.,  2012).  In  addition,  Labate  et  al.  (2012)  found  abnormal  cortical  atrophy  of  motor  regions.  Combining 

these  previous  findings  and  the  known  symptoms  of  PNES,  our  results  of  altered 

long‐range  FCD  in  the  sensorimotor  cortex  provide  further  evidence  that  the  sensorimotor cortex plays an important role in the pathogenesis of PNES. Moreover,  seed‐voxel  correlation  analysis  showed  hyperconnectivity  between  the  insula  and  supplementary  motor  area,  and  between  the  sensorimotor  and  cingulate  cortex,  supporting  dysfunctional  connectivity  between  emotional  and  sensorimotor  18

Page 18 of 37

networks  in  PNES  (van  der  Kruijs  et  al.,  2012).  The  present  findings  also  provide    neuroimaging  evidence  for  understanding  the  pathology  of  PNES,  as  PNES  are 

in the processing of psychological or social distress (Baslet, 2011). 

cr

 

ip t

associated with involuntary changes in movement and sensation due to a dysfunction 

us

The  calcarine  fissure  and  lingual  gyrus  are  thought  to  be  related  to  visual  memory  and face memory (Kapur et al., 1995). In an experimental study, patients with PNES 

an

were  found  to  show  high  attentional  bias  to  angry  faces,  and  were  likely  to  take  avoidant strategies, i.e. related motor responses, to deal with the angry faces (Bakvis 

M

et al., 2011). In the present study, we found that patients with PNES exhibited altered  long‐range FCD in the occipital cortex, and the alterations correlated with duration of 

te

d

disease,  which  might  reflect  an  adaptation  in  patients  with  PNES  for  long‐term  hypervigilance and increased response to external stimuli.   

Ac ce p

 

In  addition,  we  found  regions  with  decreased  long‐range  FCD  mainly  in  the  right  frontal  cortex  in  patients  with  PNES.  The  frontal  cortex  plays  an  important  role  in  maintaining  long‐term  memories,  which  are  involved  in  emotions  derived  from  the 

limbic  system  (Buckner  and  Petersen,  1996).  The  right  frontal  cortex  is  associated  with  social  cognition  and  emotions,  especially  for  negative  emotions  (Miller  and  Cummings, 1999). A previous study demonstrated that cognitive integrative functions  for dealing with social stress and memory are impaired in patients with PNES (Bakvis 

et al., 2010). Our findings further support this finding. For the seed‐voxel correlation  19

Page 19 of 37

analyses, patients with PNES showed decreased functional connectivity between the  right  frontal  and  parietal  cortex (including  the right  inferior  parietal, supramarginal, 

ip t

and angular gyrus). The fronto‐parietal network is associated with attentional control,  and is activated when attention is directed to external stimuli in cognitive tasks (Fox 

cr

et  al.,  2005;  Seeley  et  al.,  2007;  Sridharan  et  al.,  2008).  Therefore,  decreased 

us

functional  connectivity  between  the  right  frontal  and  parietal  cortex  indicates  that  the fronto‐parietal network may be impaired, providing evidence for dysfunction of 

an

cognitive attention and executive control in patients with PNES (Baslet, 2011).   

M

Some  methodological  limitations  should  be  mentioned  in  this  study.  First,  as  our  sample  size  was  modest,  a  relatively  weak  correction  strategy  (AlphaSim  program) 

te

d

was  used  for  multiple  comparisons  in  this  study.  Thus,  the  present  results  require  replication  using  larger  sample  sizes.  Second,  recent  studies  have  shown  significant 

Ac ce p

effects  of  head  motion  on  functional  connectivity  analysis  (Power  et  al.,  2012;  Van  Dijk et al., 2012). We examined the mean displacement of head motion and found no  significant  between‐group  difference.  Nevertheless,  we  partialed  out  the  effect  of 

mean  displacement  of  head  motion  in  our  statistical  comparisons  to  reduce  the  effect of head motion. Third, the correlations between disease duration and regions 

with altered FCD were not corrected for multiple comparisons. Finally, as this was an  exploratory  study,  we  only  selected  a  single  threshold  to  calculate  FCD  maps.  In  addition, a range of thresholds can also be used to test the stability of the results.      20

Page 20 of 37

1.5 Conclusion  In  conclusion,  we  investigated  the  map  changes  in  brain  functional  connectivity  in 

ip t

patients with PNES. The abnormal FCD regions and functional connectivity based on  these  regions  in  patients  with  PNES  were  mainly  associated  with  attention, 

cr

sensorimotor,  and  emotion  systems,  supporting  our  hypothesis.  Furthermore,  the 

us

altered  regions  were  also  involved  in  the  occipital  cortex,  and  some  alterations  correlated  with  duration  of  disease,  which  might  reflect  an  adaptation  in  patients 

an

with  PNES  for  long‐term  hypervigilance  and  increased  response  to  external  stimuli.  This  study  improves  our  understanding  of  the  pathophysiological  mechanisms 

Ac ce p

te

d

M

underlying PNES. 

21

Page 21 of 37

Acknowledgments:  This  work  was  supported  by  the  973  Project  (2012CB517901);  the  Natural  Science  Foundation  of  China  (61035006,  61125304);  and  the  Academic 

 

Ac ce p

te

d

M

an

us

cr

Author Disclosure Statement: No competing financial interests exist. 

ip t

new artist Ministry of Education doctoral post graduate grant (A03003023901004).   

22

Page 22 of 37

References 

Ac ce p

te

d

M

an

us

cr

ip t

Bakvis, P., Spinhoven, P., Putman, P., Zitman, F. G., Roelofs, K., 2010. The effect of stress induction on working memory in patients with psychogenic nonepileptic seizures. Epilepsy Behav 19, 448-454. Bakvis, P., Spinhoven, P., Zitman, F. G., Roelofs, K., 2011. Automatic avoidance tendencies in patients with psychogenic non-epileptic seizures. Seizure 20, 628-634. Baslet, G., 2011. Psychogenic non-epileptic seizures: a model of their pathogenic mechanism. Seizure 20, 1-13. Benbadis, S. R., Siegrist, K., Tatum, W. O., Heriaud, L., Anthony, K., 2004. Short-term outpatient EEG video with induction in the diagnosis of psychogenic seizures. Neurology 63, 1728-1730. Brown, R. J., Syed, T. U., Benbadis, S., LaFrance, W. C., Jr., Reuber, M., 2011. Psychogenic nonepileptic seizures. Epilepsy Behav 22, 85-93. Buckner, R. L., Petersen, S. E., 1996. What does neuroimaging tell us about the role of prefrontal cortex in memory retrieval? Seminars in the Neurosci 8, 47-55. Buckner, R. L., Sepulcre, J., Talukdar, T., Krienen, F. M., Liu, H., Hedden, T., Andrews-Hanna, J. R., Sperling, R. A., Johnson, K. A., 2009. Cortical hubs revealed by intrinsic functional connectivity: mapping, assessment of stability, and relation to Alzheimer's disease. J Neurosci 29, 1860-1873. Bush, G., Luu, P., Posner, M. I., 2000. Cognitive and emotional influences in anterior cingulate cortex. Trends Cogn Sci 4, 215-222. Cordes, D., Haughton, V. M., Arfanakis, K., Carew, J. D., Turski, P. A., Moritz, C. H., Quigley, M. A., Meyerand, M. E., 2001. Frequencies contributing to functional connectivity in the cerebral cortex in "resting-state" data. AJNR Am J Neuroradiol 22, 1326-1333. Craig, A. D., 2002. How do you feel? Interoception: the sense of the physiological condition of the body. Nat Rev Neurosci 3, 655-666. Devinsky, O., Gazzola, D., LaFrance, W. C., Jr., 2011. Differentiating between nonepileptic and epileptic seizures. Nat Rev Neurol 7, 210-220. Ding, J. R., An, D., Liao, W., Li, J., Wu, G. R., Xu, Q., Long, Z., Gong, Q., Zhou, D., Sporns, O., Chen, H., 2013. Altered functional and structural connectivity networks in psychogenic non-epileptic seizures. PLoS One 8, e63850. Dosenbach, N. U., Visscher, K. M., Palmer, E. D., Miezin, F. M., Wenger, K. K., Kang, H. C., Burgund, E. D., Grimes, A. L., Schlaggar, B. L., Petersen, S. E., 2006. A core system for the implementation of task sets. Neuron 50, 799-812. Foerster, B. U., Tomasi, D., Caparelli, E. C., 2005. Magnetic field shift due to mechanical vibration in functional magnetic resonance imaging. Magn Reson Med 54, 1261-1267. Fox, M. D., Snyder, A. Z., Vincent, J. L., Corbetta, M., Van Essen, D. C., Raichle, M. E., 2005. The human brain is intrinsically organized into dynamic, anticorrelated functional networks. Proc Natl Acad Sci U S A 102, 9673-9678. Frances, P. L., Baker, G. A., Appleton, P. L., 1999. Stress and avoidance in Pseudoseizures: testing the assumptions. Epilepsy Res 34, 241-249. Gene-Cos, N., Pottinger, R., Barrett, G., Trimble, M. R., Ring, H. A., 2005. A comparative study of mismatch negativity (MMN) in epilepsy and non-epileptic seizures. Epileptic Disord 7, 363-372. Kapur, N., Friston, K. J., Young, A., Frith, C. D., Frackowiak, R. S., 1995. Activation of human hippocampal formation during memory for faces: a PET study. Cortex 31, 99-108. Knyazeva, M. G., Jalili, M., Frackowiak, R. S., Rossetti, A. O., 2011. Psychogenic seizures and frontal disconnection: EEG synchronisation study. J Neurol Neurosurg Psychiatry 82, 505-511. Labate, A., Cerasa, A., Mula, M., Mumoli, L., Gioia, M. C., Aguglia, U., Quattrone, A., Gambardella, A., 2012. Neuroanatomic correlates of psychogenic nonepileptic seizures: A cortical thickness and VBM study. Epilepsia 53, 377-385. Leis, A. A., Ross, M. A., Summers, A. K., 1992. Psychogenic seizures: ictal 23

Page 23 of 37

Ac ce p

te

d

M

an

us

cr

ip t

characteristics and diagnostic pitfalls. Neurology 42, 95-99. Magaudda, A., Gugliotta, S. C., Tallarico, R., Buccheri, T., Alfa, R., Lagana, A., 2011. Identification of three distinct groups of patients with both epilepsy and psychogenic nonepileptic seizures. Epilepsy Behav 22, 318-323. Miller, B. L., Cummings, J. L., 1999. The human frontal lobes : functions and disorders. Guilford Press: New York. Paus, T., Petrides, M., Evans, A. C., Meyer, E., 1993. Role of the human anterior cingulate cortex in the control of oculomotor, manual, and speech responses: a positron emission tomography study. J Neurophysiol 70, 453-469. Paus, T., 2001. Primate anterior cingulate cortex: where motor control, drive and cognition interface. Nat Rev Neurosci 2, 417-424. Pollatos, O., Gramann, K., Schandry, R., 2007. Neural systems connecting interoceptive awareness and feelings. Hum Brain Mapp 28, 9-18. Pouretemad, H. R., Thompson, P. J., Fenwick, P. B., 1998. Impaired sensorimotor gating in patients with non-epileptic seizures. Epilepsy Res 31, 1-12. Power, J. D., Barnes, K. A., Snyder, A. Z., Schlaggar, B. L., Petersen, S. E., 2012. Spurious but systematic correlations in functional connectivity MRI networks arise from subject motion. Neuroimage 59, 2142-2154. Reuber, M., Fernandez, G., Bauer, J., Helmstaedter, C., Elger, C. E., 2002. Diagnostic delay in psychogenic nonepileptic seizures. Neurology 58, 493-495. Reuber, M., Baker, G. A., Gill, R., Smith, D. F., Chadwick, D. W., 2004. Failure to recognize psychogenic nonepileptic seizures may cause death. Neurology 62, 834-835. Reuber, M., 2008. Psychogenic nonepileptic seizures: answers and questions. Epilepsy Behav 12, 622-635. Schwarzkopf, D. S., De Haas, B., Rees, G., 2012. Better ways to improve standards in brain-behavior correlation analysis. Front Hum Neurosci 6, 200. Seeley, W. W., Menon, V., Schatzberg, A. F., Keller, J., Glover, G. H., Kenna, H., Reiss, A. L., Greicius, M. D., 2007. Dissociable intrinsic connectivity networks for salience processing and executive control. J Neurosci 27, 2349-2356. Sridharan, D., Levitin, D. J., Menon, V., 2008. A critical role for the right fronto-insular cortex in switching between central-executive and default-mode networks. Proc Natl Acad Sci U S A 105, 12569-12574. Szaflarski, J. P., Hughes, C., Szaflarski, M., Ficker, D. M., Cahill, W. T., Li, M., Privitera, M. D., 2003a. Quality of life in psychogenic nonepileptic seizures. Epilepsia 44, 236-242. Szaflarski, J. P., Szaflarski, M., Hughes, C., Ficker, D. M., Cahill, W. T., Privitera, M. D., 2003b. Psychopathology and quality of life: psychogenic non-epileptic seizures versus epilepsy. Med Sci Monit 9, CR113-118. Tojek, T. M., Lumley, M., Barkley, G., Mahr, G., Thomas, A., 2000. Stress and other psychosocial characteristics of patients with psychogenic nonepileptic seizures. Psychosomatics 41, 221-226. Tomasi, D., Volkow, N. D., 2010. Functional connectivity density mapping. Proc Natl Acad Sci U S A 107, 9885-9890. Tomasi, D., Volkow, N. D., 2012a. Aging and functional brain networks. Mol Psychiatry 17, 471, 549-458. Tomasi, D., Volkow, N. D., 2012b. Abnormal functional connectivity in children with attention-deficit/hyperactivity disorder. Biol Psychiatry 71, 443-450. Uliaszek, A. A., Prensky, E., Baslet, G., 2012. Emotion regulation profiles in psychogenic non-epileptic seizures. Epilepsy Behav 23, 364-369. van der Kruijs, S. J., Bodde, N. M., Vaessen, M. J., Lazeron, R. H., Vonck, K., Boon, P., Hofman, P. A., Backes, W. H., Aldenkamp, A. P., Jansen, J. F., 2012. Functional connectivity of dissociation in patients with psychogenic non-epileptic seizures. J Neurol Neurosurg Psychiatry 83, 239-247. Van Dijk, K. R., Sabuncu, M. R., Buckner, R. L., 2012. The influence of head motion on intrinsic functional connectivity MRI. Neuroimage 59, 431-438. Zhang, Z., Liao, W., Zuo, X. N., Wang, Z., Yuan, C., Jiao, Q., Chen, H., Biswal, B. B., Lu, G., Liu, Y., 2011. Resting-state brain organization revealed by functional 24

Page 24 of 37

covariance networks. PLoS One 6, e28817.

Ac ce p

te

d

M

an

us

cr

ip t

 

25

Page 25 of 37

Table 1 Demographic and Clinical Characteristics of patients with PNES  Previous  Patient 

Age 

Gender 

Duration 

Type of symptoms 



34y 



18y 

Unresponsiveness/eye closure 



17y 



2y 

Unresponsiveness/eye 

ip t

Treatment*  None 

cr

None 

rigidity 

us

closure/hyperventilation/body 

38y 



18y 

Unresponsiveness/hypermotor EX 



23y 



8y 

Unresponsiveness/eye 

an



None  None 

M

closure/hyperventilation/body 





20y 





14y 





17y 



1m 

Unresponsiveness/eye closure 

None 

2y 

Unresponsiveness 

VPA 

2m 

Unresponsiveness 

None 

2m 

Unresponsiveness/eye 

None 

te

13y 

Ac ce p



d

rigidity 

closure/body rigidity/trembling EX 



14y 



5m 

Unresponsiveness/vocalization 

VPA 

10 

16y 



2y 

Unresponsiveness/hyperventilation

None 

/hypermotor EX  11 

17y 



4m 

Unresponsiveness/hyperventilation 

None 

12 

21y 



8m 

Unresponsiveness/hypermotor EX 

None 

13 

21y 



1m 

Eye  closure/hyperventilation/body  None  26

Page 26 of 37

rigidity  14 

13y 



1y 

Unresponsiveness/eye 

None 

15 

13y 



1y 

ip t

closure/hyperventilation  Unresponsiveness/eye 

None 

35y 



15d 

Unresponsiveness/eye 

us

16 

cr

closure/hyperventilation 

None 

closure/hypermotor EX  F 

3y 

Unresponsiveness 

18 

20y 



2y 

Unresponsiveness/hypermotor EX 

VPA 

19 

13y 



1m 

Unresponsiveness 

None 

20 

18y 



7m 

Unresponsiveness/eye closure 

None 

CBZ 

d

M

an

16y 

te

 

17 

*: All drugs were discontinued at least 2 weeks before MRI examination. 

Ac ce p

Abbreviations:  F:  female;  M:  male;  d:  day;  m:  month;  y:  year;  Hypermotor  EX:  Hypermotor  movements  of  the  extremities;  Trembling  EX:  Trembling  of  the 

extremities; VPA: valproate; CBZ: carbamazepine. 

27

Page 27 of 37

Table  2  Statistical  Significance  (t  Score;  one‐way  ANOVA)  of  Short‐Range  FCD  Differences between patients with PNES and HCs  BA 

x(mm) 

y(mm) 

z(mm) 

Short‐range FCD increased regions 

PNES>HCs(t) 

ip t

Anatomical region 

46 

‐27 

51 

24 

SFG_L 

32 

‐12 

27 

39 

3.04 

SFG_Med_L 

32 

‐3 

21 

42 

ACG_L 

32 

‐9 

33 

27 

4.01 

SMA_L 



‐3 

MCG_R 

— 



MCG_L 

— 

us

18 

45 

3.09 

‐24 

48 

4.45 

‐24 

48 

3.89 

‐81 

27 

‐4.35 

M

an

3.58 

d



3.82 

cr

MFG_L 

MOG_R 

19 

42 

Ac ce p

 

te

Short‐range FCD decreased regions 

Statistical  values  averaged  in  9‐mm  isotropic  (cube;  27  voxels)  regions  of  interest  centered  at  the  Montreal  Neurological  Institute  coordinates  (x,  y,  z)  of  the  local  maxima. 

FCD, functional connectivity density; ANOVA, analysis of variance; PNES, psychogenic 

non‐epileptic seizures; HCs, healthy controls; BA, Brodmann’s area; L, Left; R, Right;  MFG,  middle  frontal  gyrus;  SFG,  superior  frontal  gyrus;  SFG_Med,  medial  part  of  superior  frontal  gyrus;  ACG,  anterior  cingulate  gyrus;  SMA,  supplementary  motor  area; MCG, median cingulate gyrus; MOG, middle occipital gyrus.  28

Page 28 of 37

Table  3  Statistical  Significance  (t  Score;  one‐way  ANOVA)  of  Long‐Range  FCD  Differences between patients with PNES and HCs  BA 

x(mm) 

y(mm) 

z(mm) 

Long‐range FCD increased regions 

PNES>HCs(t) 

ip t

Anatomical region 

17 



‐84 



CAL_R 

17 



‐75 



3.21 

LING_R 

17 



‐69 



4.02 

LING_L 

17 



‐72 



STG_R 

22 

48 

INS_R 

48 

45 

PCL_L 



‐6 

PreCG_R 



SMA_R 

us

‐9 

‐6 

3.46 

‐9 



3.63 

‐28 

75 

3.07 

‐21 

75 

3.72 

d

M

an

3.26 



24 

‐33 

72 

2.90 

— 

‐3 

‐12 

66 

3.02 





‐15 

78 

3.11 

Ac ce p

SMA_L 

te

PoCG_R 

21 

3.99 

cr

CAL_L 

Long‐range FCD decreased regions  MFG_Orb_R 

46 

39 

57 

‐6 

‐3.92 

MFG_R 

10 

36 

57 



‐3.37 

IFG_Tri_R 

48 

51 

21 

21 

‐3.10 

IFG_Oper_R 

44 

51 

21 

33 

‐3.36 

SMG_R 

40 

57 

‐33 

42 

‐3.45 

IPG_R 

40 

39 

‐45 

39 

‐3.38 

29

Page 29 of 37

SFG_R 



24 

15 

66 

‐3.58 

SFG_Med_R 



12 

30 

63 

‐3.21 

ip t

  Statistical  values  averaged  in  9‐mm  isotropic  (cube;  27  voxels)  regions  of  interest 

cr

centered  at  the  Montreal  Neurological  Institute  coordinates  (x,  y,  z)  of  the  local 

us

maxima. 

FCD, functional connectivity density; ANOVA, analysis of variance; PNES, psychogenic 

an

non‐epileptic seizures; HCs, healthy controls; BA, Brodmann’s area; L, Left; R, Right;  CAL, calcarine fissure; LING, lingual gyrus; STG, superior temporal gyrus; INS, insula; 

M

PCL,  paracentral  lobule;  PreCG,  precentral  gyrus;  PoCG,  postcentral  gyrus;  SMA, 

d

supplementary motor area; MFG_Orb, medial prefrontal cortex; MFG, middle frontal 

te

gyrus;  IFG_Tri,  triangular  part  of  inferior  frontal  gyrus;  IFG_Oper,  opercular  part  of  inferior  frontal  gyrus;  SMG,  supramarginal  gyrus;  IPG,  inferior  parietal  gyrus;  SFG, 

Ac ce p

superior frontal gyrus; SFG_Med, medial part of superior frontal gyrus.

30

Page 30 of 37

Captions to Figure  Fig. 1 Distribution of short‐range FCD in the brain for 18 patients with PNES and 20 

ip t

HCs  and  statistical  differences  ( t   scores)  between  the  groups.  One‐way  analysis  of  covariance  with  three  covariates  (age,  gender,  and  mean  motion)  was  used  to 

cr

contrast  short‐range  FCD  maps  across  groups.  The  statistical  significance  of  group 

us

differences was set at  t > 2.4377   (individual voxel threshold  p < 0.01 , df = (1,36) )  and  minimum  cluster  size  of  59  voxels,  corresponding  to  an  AlphaSim  corrected 

an

p < 0.05 .  The  left  hemisphere  is  on  the  left.  df,  degree  of  freedom;  PNES,  psychogenic non‐epileptic seizures; HCs, healthy controls. 

M

 

Fig.  2  Distribution  of  long‐range  FCD  in  the  brain  for  18  patients  with  PNES  and  20 

te

d

HCs  and  the  statistical  differences  ( t   scores)  between  the  two  groups.  One‐way  analysis  of  covariance  with  three  covariates  (age,  gender,  and  mean  motion)  was 

Ac ce p

used  to  contrast  long‐range  FCD  maps  across  groups.  The  statistical  significance  of  group 

differences 

was 

set 

at 

t > 2.4377

  (individual voxel threshold 

p < 0.01 , df = (1,36) )  and  minimum  cluster  size  of  59  voxels,  corresponding  to  an 

AlphaSim  corrected  p < 0.05 .  The  left  hemisphere  is  on  the  left.  df,  degree  of  freedom; PNES, psychogenic non‐epileptic seizures; HCs, healthy controls. 

  Fig.  3  Statistical  significance  of  RSFC  maps  for  the  abnormal  FCD  regions  between  patients  with  PNES  and  HCs  ( p < 0.05 ,  AlphaSim  corrected).  Group  differences  in  conjunction analyses of the RSFC maps with seeds belonging to the left frontal cortex  31

Page 31 of 37

(A), cingulate cortex (B), right insula (C), sensorimotor cortex (D), visual cortex (E) and  right frontal cortex (F), respectively. Each result is displayed on three ‘brains’ shown 

ip t

from  the  right  side  (top  left  image of  each group),  from  behind  (top  right  image of  each  group),  and  from  above  (bottom  left  image  of  each  group).  Warm  and  cool 

cr

colors indicate RSFC increases and decreases, respectively, in the patients with PNES. 

us

One‐way analysis of covariance with three covariates (age, gender, and mean motion)  was  used  to  compare  group  differences.  RSFC,  resting‐state  functional  connectivity; 

an

PNES, psychogenic non‐epileptic seizures; HCs, healthy controls.   

M

Fig.  4  Correlations  between  regions  with  altered  long‐range  FCD  and  duration  of  disease in patients with PNES ( p < 0.05 ). Spearman correlations were calculated over 

te

d

the data after removing outliers marked by circles. Cubic ROI volume: 27 voxels; ROI  center coordinates shown in Table 3. CAL, calcarine fissure; LING, lingual gyrus; L, Left; 

Ac ce p

R, Right. 

32

Page 32 of 37

Highlights We examine changes of brain functional connectivity in PNES patients. Abnormal regions in PNES are related to attention, sensorimotor and emotion systems.

ip t

Altered regions in the occipital cortex are correlated with duration of disease.

Ac ce p

te

d

M

an

us

cr

 

33

Page 33 of 37

Ac

ce

pt

ed

M

an

us

cr

i

Figure(s)

Page 34 of 37

Ac

ce

pt

ed

M

an

us

cr

i

Figure(s)

Page 35 of 37

Ac ce p

te

d

M

an

us

cr

ip t

Figure(s)

Page 36 of 37

Ac

ce

pt

ed

M

an

us

cr

i

Figure(s)

Page 37 of 37

Abnormal functional connectivity density in psychogenic non-epileptic seizures.

Psychogenic non-epileptic seizures (PNES) are paroxysmal behaviors that resemble epileptic seizures but lack abnormal electrical activity. Some neuroi...
662KB Sizes 0 Downloads 4 Views