High-frequency oscillations and the neurobiology of schizophrenia

Abstract

Neural oscillations at low- and high-frequency ranges are a fundamental feature of large-scale networks. Recent evidence has indicated that schizophrenia is associated with abnormal amplitude and synchrony of oscillatory activity, in particular, at high (beta/gamma) frequencies. These abnormalities are observed during task-related and spontaneous neuronal activity which may be important for understanding the pathophysiology of the syndrome. In this paper, we shall review the current evidence for impaired beta/gamma-band oscillations and their involvement in cognitive functions and certain symptoms of the disorder. In the first part, we will provide an update on neural oscillations during normal brain functions and discuss underlying mechanisms. This will be followed by a review of studies that have examined high-frequency oscillatory activity in schizophrenia and discuss evidence that relates abnormalities of oscillatory activity to disturbed excitatory/inhibitory (E/I) balance. Finally, we shall identify critical issues for future research in this area.

Translated abstract

Las oscilaciones neurales en los rangos de baja y alta frecuencia constituyen una característica fundamental de las redes a gran escala. La evidencía reciente ha indicado que la esquizofrenia está asociada con la amplitud anormal y la sincronía de la actividad oscilatoria, en particular, a altas frecuencias (beta/gama). Estas alteraciones se observan tanto durante la actividad neuronal espontánea como en la relacionada con tareas, to que puede ser importante para la comprensión de la fisiopatología del síndrome. En este artículo, se revisa la evidencia actual del deterioro de las oscilaciones de las bandas beta/gama y su participatión en las funciones cognitivas y algunos síntomas de este trastorno. En la primera parte, se entrega una actualización sobre las oscilaciones neuronales durante las funciones normales del cerebro y se discuten los mecanismos subyacentes. A continuación se revisan los estudios que han examinado la actividad oscilatoria de alta frecuencia en la esquizofrenia y se discute la evidencia que relaciona las alieraciones de la actividad oscilatoria con el deterioro del balance excitatorio/inhibitorio (E/I). Finalmente se identifican los temas críticos para el futuro de la investigación en esta área.

Translated abstract

Les oscillations neuronales de basse et de haute fréquences sont une caractéristique fondamentale des réseaux de grande échelle. D'après des données récentes, l'amplitude et la synchronisation de l'activité oscillatoire sont anormales dans la schizophrénie, en particulier aux hautes fréquences (bêta/gamma). Ces anomalies sont observées lors de l'activité neuronale de repos et de travail, ce qui peut être important pour comprendre la physiopathologie de ce syndrome. Nous analysons dans cet article les preuves actuelles de l'altération des oscillations gamma/bêta et de leur rôle dans les fonctions cognitives et certains symptômes de la maladie. Dans la première partie, nous proposons une mise a jour sur les oscillations neuronales lors de l'activité normale du cerveau et nous en étudions les mécanismes. Puis nous examinons les études qui ont analysé l'activité oscillatoire à haute fréquence dans la schizophrénie et nous discutons les preuves reliant les anomalies de l'activité oscillatoire à la perturbation de l'équilibre excitation/inhibition (E/I). Enfin, nous identifions les points cruciaux de la recherche à venir dans ce domaine.