‘Consilience’ • "Scientists have broken down many kinds of systems. They think they know most of the elements and forces." • "The next task is to reassemble them, at least in mathematical models that capture the key properties of the entire ensembles.” • “The greatest challenge today (...) in all of science, is the accurate and complete description of complex systems.“ (E. O. Wilson, Consilience Knopf, New York, 1998).
Technologische vooruitgang
Moderne Netwerk-theorie • Recente doorbraak in de wiskunde en fysica (1999 – 2009): Watson and Strogatz, Barabasi. • Afgeleid van de systeemtheorie (1940-1950): Wiener, von Bertalanffy, Ashby, von Foerster, Paul Erdös. • “De biologische wereld bestaat uit netwerken”. • Deze hebben geen random structuur, maar een “Small World” structuur. • Door de details per niveau te negeren, kunnen er algemene regels worden gevonden die opgaan voor alle niveaus van organisatie.
“Degrees of separation” • How many handshakes separated from the Pope? • How many co-actorships separated from Kevin Bacon? • Co-authorships between scientists? • Sexual contacts between people? – “It’s a Small World Afterall” .
• Connections between brain cells en brain areas? • Chemical reactions between genes, proteins, metabolites?
1. “Small-world” netwerk “Knopen” “Verbindingen”
“Hubs”
Gene-gene interactions
Gene-protein interactions
Protein-protein interactions
Yeast
Science 2002; 298, 763-764.
Metabolite-metabolite-interactions
E. Coli
Science 2002, 297: 1551-1555
Organelle-organelle interactions
Nature 422, 193-197 (13 March 2003)
Cell-cell interactions
http://arxiv.org/abs/0907.2373v2
Interregional interactions
Bullmore e.a., Nat Rev Neurosc 2009
Interpersonal (social) interactions
The Office Workfloor
Inter-department interactions
Red, blue, or green: departments Yellow: consultants Grey: external experts
www.orgnet.com
Interactions between companies
www.orgnet.com
The Internet
Barabasi, 2006 Barabasi e.a. 2006
Ontdekkingen
1. “Small-world” structuur “Knopen” “Verbindingen”
“Hubs”
2. “Multimodulaire” structuur “Hubs”
3. “Scale-Free” structuur Van boven
Van opzij
Barabasi, 2004
3. “Scale-Free” (fractal)structuur
4. “Hiërarchische” structuur Van boven
Watson And Strogatz, 1999
Een “Rich Club”
Van opzij
Opsahl e.a., 2008.
5. “Regulatoire” structuur Respons
Stimulus Evaluatie
Evaluatie Evaluation Integratie, ruisreductie, (Computation) abstractie Beeldvorming (Input)
Controle
Actie (Output)
5. “Regulatoire” structuur De Cel
Celmembraan
Celmembraan ER Lysosomen
Receptoren 2nd Messengers
Nucleus
Promotoren Genen
Ribosomen mRNA
Evaluatie
Beeldvorming (Input)
Evaluation (Computation)
Actie (Output)
5. “Regulatoire” structuur Het Brein
Beeldvorming (Input)
Zintuigen
Evaluatie
Actie (Output)
Spieren Fuster, 1995
5. “Regulatoire” structuur Sentinels & Guards
Het sociale netwerk
Workers & Soldiers
Hub Ants
Beeldvorming (Input)
Actie (Output)
5. “Regulatoire” structuur Sentinels & Guards
Het sociale netwerk
Workers & Soldiers
Managers, leiders
Beeldvorming (Input)
Actie (Output)
Functie van biologische netwerken Homeostase Organisme Respons
Stimulus Evaluatie
Milieu Extérieur
Milieu Extérieur Milieu Intérieur
Claude Bernard, Walter Bradford Cannon
Functie van biologische netwerken Homeostase Wenselijk (streefpunt)
Feitelijk (input)
Evaluatie (input vs setpoint)
Output (effector action)
Feedback
Functie van biologische netwerken Homeostase
• Stress-respons: correctieve actie t.b.v. homeostase. “Random walks”
0% vocht
100% vocht
“Wow!”
“Beuhh!”
“Kinesis” of “Taxis”
Biologische netwerken Homeostase • Stress-respons: correctieve actie tbv homeostase. – – – – – – – – – –
Fight Flight Fright Freezing Fainting Foraging Feeding F*cking Grooming Cleaning Walter Bradford Cannon, 1871 - 1945
Milieu extérieur De fysisch-chemische context Humidity
Temperature
Acidity
Organism
Pressure
Oxygen levels
[Glucose]
Milieu extérieur De sociale context Family
Partners
Preys
Organism
Rivals
Offspring
Predators
Life’s Complexity Pyramid
Barabasi e.a., 2006
• “We zijn netwerken, en we vormen netwerken”. • Ziekte manifesteert zichzelf als een verstoring van: – De netwerk structuur. – De netwerk functie. • Pathologische veranderingen kunnen plaatsvinden op alle niveaus van organisatie. • Interventies kunnen plaatsvinden op alle niveaus.
Psychiatrie Bio-psycho-sociaal model
George Libman Engel (1913-1999) Psychiater
"Since the collapse of the 19th century models (psychoanalysis, biologism and behaviourism), psychiatrists have been in search of a model that integrates the psyche and the soma. So keen has been their search that they embraced the so-called 'biopsychosocial model' without ever bothering to check its details. If, at any time over the last three decades, they had done so, they would have found it had none. This would have forced them into the embarrassing position of having to acknowledge that modern psychiatry is operating in a theoretical vacuum.” Niall McLaren, psychiater
Het Bio-Psycho-Sociale model Niet geïntegreerd en niet gekwantificeerd Sociaal
Psycho
Bio
Systeemtherapie
Psychotherapie
Farmacotherapie
Fenotype minst goed onderzocht Sociaal
Bio Psycho
Een netwerkmodel van de Psyche Gespannen
Slecht slapen
Moe
Concentratieproblemen
Vicieuze cirkels (circulair-causale relaties)
Onzekerheid / naar gevoel
Vergissingen / falen
DSM-IV als netwerk
Borsboom e.a., PLOS, 2011
De Psyche als Netwerk • N = 192. • Heterogene groep patienten met EEN acute (“As I”) stoornis (Dr. J.G. Goekoop, 1992). • Gescoord op de CPRS (comprehensive psychopathological rating scale): 65 items. • Bivariaat correlationele analyse van alle itemscores (between-symptom correlaties). • Item = knoop, significante correlatie = link, sterkte correlatie = gewicht van de link (NodeXL).
De Psyche als Netwerk (As I) Clusters (CPRS) Cluster 5: Psychotische symptomen Cluster 3: Remming (psychomtoor)
P < 0.0001
Cluster 6: Motore desorganisate
Cluster 2: Ontremming Goekoop R., Borsboom D, Goekoop J.G., in preparation (manie)
Cluster 7: Dwang (fobieën, rituelen) Cluster 1: Depressieve symptomen en woede
Cluster 4: Lichamelijke angstequivalenten Small World, multimodulair
De Psyche als Netwerk (As I) Superclusters (CPRS) Super-cluster 1: Depressie Manie Angst, Remming.
P < 0.01
Goekoop R., Borsboom D, Goekoop J.G., in preparation
Super-cluster 2: Psychose, Dwang, Desorganisatie, Scale free
De Psyche als regulatoir netwerk
- Depressie - Agressie - Angst
Emotie
Motivatie
- Manie (ontremming) - Remming
Evaluatie Perceptie
Actie
Psychose
Bewegingsstoornissen
Regulatoir
De Psyche als Netwerk (As II) • N = 441. • Psychologie studenten UvA zonder persoonlijkheidsstoornis (Dr. H.S. Scholte, 2008). • Gescoord op NEO-PI-R (240 items). • Bivariaat correlationele analyse van alle itemscores (alle correlaties tussen persoonlijkheidskenmerken). • Item = knoop, significante correlatie = link, sterkte correlatie = gewicht van de link (NodeXL).
De Psyche als Netwerk Persoonlijkheid (NEO-PI-R clusters) Cluster 1. Conscientiousness +
Hubs
Cluster 3: Extraversion +
Cluster 4: Neuroticism +
Hubs Cluster 5: Openness + Cluster 2: Agreeableness+
Cluster 6: Honesty ? P = 4.59E-04
Goekoop R., Goekoop J.G, Scholte H.S., Plos One, Dec 2012
Small World, multimodulair
De Psyche als Netwerk Persoonlijkheid (NEO-PI-R superclusters)
Super-cluster 1: Internaliserend?
Super-cluster 2: Externaliserend?
Ontwikkelingsprofiel P < 0.01
Goekoop R., Goekoop J.G, Scholte H.S., Plos One, Dec 2012
Scale free
De Psyche als Netwerk Persoonlijkheid EN psychopathologie
Persoonlijkheid
-
-
Psychopathologie
Praktische Relevantie Beschrijving van psychiatrische ziekten
Kraepelin
DSM I tot IV
Categorieel
Praktische Relevantie Beschrijving van psychiatrische ziekten
Jaspers
Connectiviteit?
Multidimensioneel (PCA)
Praktische Relevantie Beschrijving van psychiatrische ziekten
Netwerk-theoretisch
Praktische Relevantie Efficiënte diagnostiek (triage) Patient 1: “Unipolaire depressie”
Cluster 5: Psychose
Cluster 1: Depressie
Cluster 4: Angst
Meest representatieve symptomen “Hits”
Praktische Relevantie Efficiënte diagnostiek (triage) • cCPRS: de gecomprimeerde CPRS Cluster Item R^2 change
C1
C2
C3
Cluster Item R^2 change
it1
0.84
Vermelde somberheid
it3
0.06
it5
it54
0.66
Verminderde spraak
Innerlijke gespannenheid
it60
0.11
Traagheid van bewegen
0.03
Afwezigheid van gevoel
it49
0.11
Teruggetrokkenheid in zichzelf
it14
0.03
Moeheid
it45
0.09
Afwezigheid van de juiste emotie
it37
.409
Commentaar leverende stemmen
it61
0.60
Agitatie
it31
.184
Achtervolgingsideeën
it50
0.20
Verbijstering
it29
.149
Het gevoel bestuurd te worden
it48
0.09
Afleidbaarbeid
it39
.069
Visuele hallucinaties
it57
0.08
lncoherente spraak
it28
.064
Depersonalisatie
it30
.048
Onderbroken gedachten
it23
0.83
Vermelde autonome stoornissen
it38
.029
Andere gehoorshallucinaties
it24
0.10
Pijnklachten
it25
0.04
Vermelde spierspanning
it19
0.72
Verminderde slaap
it20
0.28
Toegenomen slaap
it42
0.69
Uitgelaten stemming
it02
0.10
Uitgelatenheid
it56
0.06
Ideeënvlucht
it34
0.06
Extatische ervaringen
it32
0.04
Grootheidsideeën
C4
C5
C6
C7
29 / 63 items, > 95% betrouwbaarheid
Praktische Relevantie Systematische diagnostiek “Kapstok” (Heuristiek)
Nalopen van 7 psychische domeinen
Vergelijk diagnostiek bij dementie
Praktische Relevantie Eenvoud van diagnostiek 7 “primaire kleuren” (Clusters) Somat. Angst Desorganisatie Depressie
Ontremming Remming Psychose
Dwang
Alle As I stoornissen
Praktische Relevantie Eenvoud van diagnostiek Melanchole depressie (angstig-geremde depressie)
Zelfde, nu met psychotische kenmerken
Praktische Relevantie Eenvoud van diagnostiek Bipolaire I
Zelfde, met psychose
Praktische Relevantie Eenvoud van diagnostiek Schizofrenie
Katatonie
Praktische Relevantie Heuristiek voor opsporen bijwerkingen Doorschieten op a.d.
Instellen op a.d.
Bijwerking van cortico’s, statines.
Bijwerking van klassieke a.p.
Zeldzamere bijwerkingen
Bijwerking van cortico’s, klassieke a.p.
Effect van onttrekking medicatie
Praktische Relevantie Heuristiek voor targets (farmaco)therapie BENZODIAZEPINEN Diazepam
“REMMINGS”-STABILISATOREN Lithium, depakine
ANTIDEPRESSIVA TCA’s, SSRIs
Lamotrigine, buproprion
ANTICHOLINERGICA Biperideen
7 domeinen: 7 klassen van farmacotherapie?
Haldol Clozapine ANTIPSYCHOTICA
Combinatietherapie i.p.v. monotherapie!
Praktische Relevantie Efficiënte ROM “Primaire kleuren” (Clusters) Somat. Angst
Alle psychiatrische ziekten
Dwang
Desorganisatie Depressie
Ontremming Remming Psychose
…. Verandering in de TIJD.
Praktische Relevantie Efficiënte ROM Gezond
Toestand
Psychopathologie
Prodromaal Unipolaire, angstig-geremde (vitale) depressie Week 1
Zelfde, met psychotische kenmerken. Week 2
Unipolair angstig-geremde depressie Week 3
7 domeinen Alleen de meest representatieve symptomen per cluster (cCPRS).
Vroege remissie Week 4
Remissie Week 5
TIJD
Week 6
(weken) Week 7
Praktische Relevantie Psychoeducatie Geindividualiseerde netwerken
Patient 1 Laura Bringmann e.a.
G= Gelukkig A = Ik zou liever wat anders doen M = Wat ik nu doe kost mij moeite H = Honger Moe = Moe Nlek = niet lekker Ple = wat mij gebeurt is plezierig
Patient 2 Denny Borsboom e.a.
Praktische Relevantie Gerichte interventies Geindividualiseerde netwerken Hoofdklacht
Hoofdklacht
Patient 1 Naar bed! Laura Bringmann e.a.
G= Gelukkig A = Ik zou liever wat anders doen M = Wat ik nu doe kost mij moeite H = Honger Moe = Moe Nlek = niet lekker Ple = wat mij gebeurt is plezierig
Patient 2 Eten! Denny Borsboom e.a.
Praktische Relevantie Simulatie en voorspelling Individueel niveau
Groepsniveau
Patient X
Populatie X
“Tijdseries”
DEPR(t=1) = DEPR (t=0) + 0.54 * ANGST + 0.33 * DWANG - 0.45 * MANIE + 0.19 * REMMING ….
Over 3 weken terugval!
Praktische Relevantie Simulatie en voorspelling
1.
3. Koninx, Goekoop e.a., in preparation
2.
4.
Praktische Relevantie Simulatie en voorspelling Groepsniveau
Personality development towards maturity given random input
Van 729 mogelijke eindstadia vinden slechts 20 daadwerkelijk plaats Personality development towards a personality disorder given random input. Koninx, Goekoop e.a., in preparation
Praktische Relevantie Bio-psycho-sociale predicties 1.
1.
1.
2.
2.
2.
3.
3.
3.
T=0
T=2
T=1
Forecasting Anxiety, depression, mania, psychosis, etc. T=0
T = 10
T = 20
Time
Hoe komen we aan de tijdseries? Experience Sampling
Praktische Relevantie Predictie van optimale netwerkcontext
Fitness (h):
“Niche”: Netwerk-context van een knoop
P(k) ~ hk; k(t) ~ t
“Fitness”: De “geschiktheid” van een knoop in een bepaalde context (gezien intra-knoop eigenschappen).
ha
Farmacologische Context Past het behandelaanbod? Thyrax
Mirtazapine
Ritalin
Haldol Propranolol Lyrica Mirtazapine
Depakine
PATIENT
Oxazepam
PATIENT Zyprexa
Clonazepam
Lithium Lamotrigine
Paracetamol
Clomipramine
Voorspellen van optimale farmacologische fitness
Optimale Niche
“Sociale Fitness” • (Tijdelijk) niet in staat om sociale rollen te vervullen “Not fitting in”. – Werk / baan. – Partner / Huwelijk – Vaderrol / Moederrol • Sociaal stigma, angst voor sociale isolatie (uitgestoten). • “Psychiatrie = dat gedeelte van de geneeskunde dat zich bezig houdt met beperkingen in het sociale functioneren”.
Sociale Fitness Welke sociale niche past het beste bij je?
Persoonlijkheid Psychopathologie
Sociale Fitness
Hoge globale sociale fitness: Weinig stress-respons (comfortabel voelen) in veel verschillende sociale niches
Sociale Fitness
Lage globale sociale fitness: Veel stress-respons (oncomfortabel voelen) in veel verschillende sociale niches = persoonlijkheidsstoornis?
Voorspellen van optimale sociale fitness Ratio Irritatie / Plezier
Optimale Niche
Persoon 1 (nabijheid / contactfrequentie)
“The Walk Across the Fitness Landscape”
Persoon 2 (nabijheid / contactfrequentie)
Sociale Fitness Welke sociale niche past het beste bij je?
De “Walk Across the Fitness Landscape” als metafoor voor het leven.
“Ontdek je plekje” (Zoek je niche)
“Walking along with patients as a Fellow Traveler” - Irvin D. Yalom
Thank you! • http://www.nd.edu/~alb/html/publications.html • http://www.connectedthebook.com • http://www.rgoekoop.dds.nl
