Face processing and prediction in schizophrenia: a functional MRI study on repetition probability modulation of repetition suppression

Abnormal processing of faces, a salient and social stimulus class, is a feature of cognitive dysfunction in schizophrenia. The major face processing areas are the fusiform face area (FFA), the occipital face area (OFA) and the dorsal-caudal region of the lateral occipital complex (LO). Hierarchical top-down prediction presumably from prefrontal areas to the occipitotemporal cortex relies on intact regional processing of faces. These feedback connections are thought to be disturbed in schizophrenia due to dorsolateral/medial prefrontal dysfunctions and/or prefronto-temporal disconnection. Recent studies in healthy subjects have suggested feedback connections between prefrontal and face-selective areas to be relevant in repetition probability (p(rep)) paradigms with predictive coding (PC) as underlying neural model. It is unclear, however, at which level of this processing hierarchy deficits in schizophrenia might emerge. In the present study, we tested hypotheses related to altered face perception in schizophrenia in a p(rep) paradigm. Our hypotheses were threefold: 1) Patients with schizophrenia (SZ) show altered BOLD (blood oxygenation level dependent contrast) responses to neutral faces in occipitotemporal face processing areas (FFA, OFA, LO) compared to healthy controls. 2) SZ show deficits in regional brain activation specific to the repetition suppression (RS) effect. 3) SZ show lower activation related to context modulation on RS as a correlate of impaired prediction.Die gestörte Verarbeitung von Gesichtern, als saliente und soziale Stimuli, ist ein Kernaspekt kognitiver Dysfunktion der Schizophrenie. Die für die Gesichter-Verarbeitung wichtigsten Areale sind das fusiforme (FFA), das okzipitale Gesichtsareal (OFA) und der dorso-kaudale Teil des lateral okzipitalen Komplexes (LO). Die hierarchische „top-down“ Vorhersage von (vermutlich präfrontalen) Arealen, hin zum okzipitotemporalen Kortex basiert auf intakter, regionaler Verarbeitung von Gesichtern. Diese Feedback-Verbindungen scheinen bei Schizophrenie gestört zu sein, basierend auf dorsolateral/medial präfrontalen Aktivierungsdefiziten und/oder gestörter präfrontotemporaler Konnektivität. Studien mit Gesunden teilen diesen Verbindungen in Paradigmen zur Wiederholungswahrscheinlichkeit (p(rep)), im Rahmen von Modellen des prädiktiven Kodierens (PC), eine wichtige Rolle zu. Es war bisher unklar, auf welcher Ebene der hierarchischen Verarbeitung die Defizite bei Schizophrenie auftreten. In dieser Studie wurden folgende Hypothesen in Bezug auf veränderte Gesichter-Wahrnehmung bei Schizophrenie im p(rep) Paradigma untersucht: 1) Patienten mit Schizophrenie (SZ) zeigen eine veränderte BOLD-Antwort (blood oxygenation level dependent contrast) auf neutrale Gesichter in okzipitotemporalen Arealen (FFA, OFA, LO). 2) SZ weisen Defizite in der wiederholungsbedingten Signalunterdrückung (repetition suppression, RS) auf, einem Charakteristikum regionaler Aktivität der Gesichtsareale. 3) SZ zeigen verminderte Aktivität hinsichtlich einer kontextuellen Modulation von RS als Ausdruck einer gestörten Vorhersage von Wiederholungen