Drug-Induced EEG Changes Studied on Two-Dimensional Rectangular Coordinates Using Principal Component Analysis

Summary

Computerized EEG measurements collected from normal volunteers in single-dose oral administration trials with diazepam, imipramine and inert placebo and from patients with schizophrenia, depression and epilepsy were processed using principal component analysis. With the results obtained, the author has tentatively diagrammed structure vector profile, frequency band dispersion, and time course of factor score, and studied subject-, drug- and time-related changes in the EEG. Of the three diagrams, factor score appears to be useful in displaying EEG changes as a locus on the rectangular coordinates without essential loss of information. By means of this diagramming technique, the loci generated by the factor score point show the different EEG changes induced by inert placebo, imipramine and diazepam in the normal volunteer study. In patients with schizophrenia treated factor score diagram with chlorpromazine shows the importance of distance, in those treated with haloperidol direction is important and in those treated with perphenazine the different locations of the point are significant in distinguishing therapy-responsive from therapy-resistant cases. In cases of depression, the difference of displacement for the first three hours appears to be a predictor of clinical outcome regardless of the drugs used. Also, the factor score point runs between the second and fourth quadrants in the therapy-resistant cases. In the influence of antiepileptic drugs a relatively small displacement was seen for the first three hours and a greater displacement was common for the first week; this appears to be due to the gradual rise in serum concentration of the drug, because fall in concentration caused a retrogression of the factor score point on the coordinates. The usefulness of principal component analysis of computerized EEG data is discussed and compared with that of factor analysis and cluster analysis for processing itemized clinical evaluations with the rating scale.

Zusammenfassung

Aus dem EEG normaler Probanden nach Einzeldosen von Diazepam, Imipramin und Plazebo und von Patienten, welche an Schizophrenie, Depressionen und Epilepsie litten, wurden mittels Computer Parameter extrahiert und anschließend einer Hauptkomponentenanalyse unterzogen. Der Autor versuchte Vektor-Strukturprofile, die Dispersion der Frequenzbänder, sowie den Zeitverlauf der Faktorskore und die Subjekt-, medikament- und zeitbedingten EEG-Veränderungen schematisch darzustellen. Von den drei angeführten Diagrammen scheint das Faktorskore-Diagramm eine gute Transparenz der EEG-Veränderungen in den rektangulären Koordinaten ohne Verlust von wesentlichen Informationen zu ermöglichen. Bei normalen Probanden können auf diese Weise die durch Einnahme von Diazepam, Imipramin und Plazebo bedingten EEG-Veränderungen anhand von Wolken von Faktorskore-Punkten gezeigt werden. Für die Diskriminierung von therapieansprechenden und therapieresistenten Patienten erwies sich im Faktorskore-Diagramm bei Schizophrenen nach Chlorpromazin die Distanz, nach Haloperidol die Richtung und nach Perphenazin der Unterschied in der Punktelokalisierung als wichtig. Bei den Depressiven scheint unabhängig vom verwendeten Medikament die Größe der Verschiebung während der ersten drei Stunden ein guter Prädiktor des Behandlungsergebnisses zu sein. Bei den auf die Therapie nicht ansprechenden Patienten bewegt sich zusätzlich der Faktorskore-Punkt zwischen dem zweiten und dem vierten Quadranten. Die Verabreichung von Antiepileptika bewirkte nur eine relativ geringe Verschiebung in den ersten drei Stunden, hingegen war bereits nach einer einwöchigen Behandlung eine größere Verschiebung ersichtlich. Diese Verschiebung ist wahrscheinlich auf die graduelle Erhöhung der Serumkonzentration zurückzuführen, da nach deren Reduzierung eine Rückverschiebung des Faktorskore-Punktes in den Koordinaten festgestellt wurde. Die Bedeutung der Hauptkomponentenanalyse der Computer-EEG-Parameter wird unterstrichen und in Beziehung zur Faktor- und Clusteranalyse der Einzelparagraphen der klinischen Beurteilungsskalen gebracht.