斯坦福大学医学院领导的一项研究发现，精神病患者的大脑中有两个关键系统出现故障。一个是“过滤器”，将注意力引向重要的外部事件和内部思想，另一个是由预测奖励的路径组成的“预测器”。

该团队使用一种称为时空深度神经网络的机器学习算法来分析患有一种罕见遗传病(称为22q11.2缺失综合征(22q11.2DS))且患有精神病的儿童、青少年和年轻人的脑部扫描数据。例如来自患有不明原因精神病的个体和健康个体。结果表明，在精神病中，这两个大脑系统的功能障碍使得人们很难知道什么是真实的，表现为幻觉和妄想。这些发现证实了关于与现实的决裂如何发生的现有理论，促进了科学家对与精神病相关的潜在大脑机制和理论框架的理解。除了支持科学家关于精神病如何发生的理论外，新的见解还可以帮助科学家制定预防策略。

“我们确定的大脑模式支持我们关于认知控制系统在精神病中如何发生故障的理论模型，”高级研究作者VinodMenon博士、RachelL.和WalterF.Nichols教授说。精神病学和行为科学教授;斯坦福大学认知与系统神经科学实验室主任。“这项工作为理解精神分裂症的发展和进展提供了一个很好的模型，这是一个具有挑战性的问题，”精神病学和行为科学临床副教授KaustubhSupekar博士补充道。

Menon、Supekar及其同事在《分子精神病学》杂志上发表了一篇题为“22q11.2缺失综合征和相关精神病的稳健且可复制的功能性大脑特征：一项基于深度神经网络的多队列研究”的论文，报告了他们的研究。总结道：“总的来说，我们的研究结果在多个独立队列中得到了重复，促进了对22q11.2DS和相关精神病的理解，强调了22q11.2DS作为探索精神病及其进展的神经生物学基础的遗传模型的价值……我们的研究结果还进一步强调了我们基于DNN的新颖方法在揭示神经遗传疾病和精神疾病之间的共性方面的潜力。”

在精神病期间，患者会出现幻觉，例如听到声音，并持有妄想信念，例如认为不真实的人存在。精神病可以单独发生，是某些严重精神疾病的标志，包括双相情感障碍和精神分裂症。精神分裂症的特征还包括社交退缩、思维和言语混乱、精力和动力下降。

研究精神分裂症如何在大脑中开始是具有挑战性的。这种情况通常出现在青少年或年轻人中，他们中的大多数人很快就开始服用抗精神病药物来缓解症状。当研究人员分析患有精神分裂症的人的脑部扫描时，他们无法区分疾病的影响和药物的影响。他们也不知道精神分裂症随着疾病的进展如何改变大脑。

为了尽早了解疾病的过程，斯坦福大学医学院的团队研究了患有22q11.2缺失综合征(一种有30%的精神病、精神分裂症或两者兼而有之风险的遗传性疾病)的6至39岁年轻人。患有22q11.2DS的儿童在青春期和成年期患精神分裂症的风险显着增加，在拥有同卵双胞胎或两个患有该疾病的父母后，该缺失成为精神分裂症的最高遗传风险因素，”该团队写道。“因此，22q11.2DS提供了一个独特的机会来研究精神分裂症遗传亚型的早期大脑特征，这可能有助于揭示支撑这种疾病出现和表达的神经发育机制。”然而，研究人员承认，“……由于样本量较小且关注小型单点队列，22q11.2DS和22q11.2DS相关精神病的强大且可复制的功能性大脑特征仍然难以捉摸。”

在他们报告的研究中，研究人员收集了尽可能多的22q11.2缺失综合征年轻人的功能性MRI(fMRI)脑部扫描数据，对三所不同大学的101个人进行了扫描。该分析还包括几个没有22q11.2缺失综合征的比较组的脑部扫描：120名早期特发性精神病患者、101名自闭症患者、123名注意力缺陷/多动症患者和411名健康对照者。

22q11.2缺失综合征的特征是第22号染色体部分缺失，每2,000至4,000人中就有一人受到影响。除了30%的患精神分裂症或精神病的风险外，患有这种综合症的人还可能患上自闭症或注意力缺陷多动障碍，因此这些疾病被纳入对照组。

通常，大脑的认知过滤系统(又称显着网络)在幕后工作，有选择地将我们的注意力引导到重要的内部思想和外部事件。在它的帮助下，我们可以消除非理性的想法和不重要的事件，专注于对我们来说真实且有意义的事情，例如注意交通，以避免碰撞。腹侧纹状体是一个小的大脑区域，以及由多巴胺驱动的相关大脑通路，在预测什么是有益的或重要的方面发挥着重要作用。

研究人员使用stDNN分析来表征和比较所有22q11.2缺失综合征患者和健康受试者的大脑功能模式。他们在加州大学洛杉矶分校对一组进行了大脑扫描的患者中开发了一种算法模型，可以将大脑扫描结果与22q11.2缺失综合征患者和没有该综合征的患者区分开来。该模型预测该综合征的准确率超过94%。“我们发现，我们的stDNN模型对大脑活动的潜在动态时空特征进行建模，以使用fMRI时间序列来区分不同的群体，该模型能够准确(>94%)区分UCLA队列中22q11.2DS患者与健康对照者，其表现优于传统方法，“他们说。

他们在其他患有或不患有遗传综合症的人群中验证了该模型，这些人群在加州大学戴维斯分校和智利天主教大学(PUC)接受过脑部扫描，结果表明，在这些独立群体中，该模型对脑部扫描进行了排序，从84%到90%%准确性。他们补充说：“我们发现，stDNN在两个独立队列(加州大学戴维斯分校和PUC队列)中以稳健且一致的方式准确(84-90%)区分22q11.2DS个体与健康对照，无需额外训练，优于传统方法。”

研究人员随后使用该模型来研究哪些大脑特征在精神病中发挥最大作用。先前对精神病的研究并未给出一致的结果，可能是因为样本量太小。通过比较患有和未患有精神病的22q11.2缺失综合征患者的脑部扫描，研究人员发现，对精神病影响最大的大脑区域是前岛叶(显着网络或“过滤器”的关键部分)和腹侧纹状体——“奖励预测器”。他们发现，对于不同的患者群体来说都是如此。“22q11.2DS相关精神病的显着特征出现在显着网络的前岛叶节点和多巴胺能奖励通路的纹状体节点，”他们写道。

当将22q11.2缺失综合征和精神病患者的大脑特征与不明原因精神病患者的大脑特征进行比较时，该模型发现了显着的重叠，表明这些大脑特征通常是精神病的特征。这些大脑模式与研究人员之前推测的产生精神病症状的模式相匹配。“此外，22q11.2DS相关精神病的大脑特征与显着性网络和多巴胺能奖励通路中特发性早期精神病的大脑特征重叠，为基于异常显着性的精神病理论模型提供了实质性的经验支持，”他们写道。

梅农说，与现实无关的想法可以捕获大脑的认知控制网络。“这个过程破坏了认知控制的正常功能，让侵入性思想占主导地位，最终导致我们认为是精神病的症状。”

第二个数学模型经过训练，可以将所有患有22q11.2缺失综合征和精神病的受试者与患有遗传综合征但没有精神病的受试者区分开来，该模型选择了特发性精神病患者的脑部扫描，准确率达到77.5%，再次支持了大脑过滤的观点。预测中心是精神病的关键。此外，该模型特定于精神病，无法对特发性自闭症或多动症患者进行分类。“总而言之，这些结果确立了22q11.2DS中与精神病谱系症状相关的大脑特征的独特性，并提供了证据表明它们与特发性早期精神病特别重叠，而不是与特发性自闭症和特发性ADHD重叠，”他们表示。

“追溯我们最初的问题——‘精神分裂症中功能失调的大脑系统是什么?’——并在这种情况下发现类似的模式，真是令人兴奋，”梅农指出。“在神经水平上，区分22q11.2缺失综合征精神病个体的特征反映了我们在精神分裂症中查明的途径。这种相似之处加强了我们对精神病作为一种具有可识别且一致的大脑特征的疾病的理解。”然而，他补充说，这些大脑特征在患有遗传综合症但没有精神病的人身上没有发现，这为未来的研究方向提供了线索。

除了支持科学家关于精神病如何发生的理论外，这些发现还对理解这种疾病并可能预防它具有重要意义。“我的目​​标之一是预防或延缓精神分裂症的发展，”苏佩卡说。他表示，新的发现支持了该团队之前关于哪些大脑中心对成人精神分裂症影响最大的研究结果，表明可能有一种方法可以预防这种疾病。作者进一步指出，“这些发现对于提高22q11.2DS个体精神病风险预测的准确性以及确定临床干预的脑回路目标以减轻发生精神病的风险至关重要。”22q11.2DS相关精神病和特发性早期精神病的功能性大脑特征之间的重叠或共性也“……表明了共同的潜在大脑机制，可以作为精神病的早期生物标志物和有效干预的潜在大脑目标。”

苏佩卡继续说道：“对于精神分裂症，在诊断时，大脑已经发生了很多损伤，改变病程可能非常困难。我们看到的是，在早期，同一大脑系统内的大脑区域之间的功能相互作用是异常的。这些异常现象不会在您20多岁时开始出现;即使你只有7岁或8岁，它们也很明显。”

研究人员计划使用现有的治疗方法，例如经颅磁刺激或聚焦超声，针对有精神病风险的年轻人(例如患有22q11.2缺失综合征的年轻人或父母患有精神分裂症的年轻人)的这些大脑中心，看看是否可以它们可以预防或延迟病情的发作，或者在症状出现后减轻症状。

研究结果还表明，使用功能性核磁共振成像来监测关键中心的大脑活动可以帮助科学家研究现有的抗精神病药物是如何发挥作用的。苏佩卡说，尽管人们仍然不解为什么有人会脱离现实——考虑到这对一个人的福祉似乎有多大风险——但“如何”现在是可以理解的。“从机制的角度来看，这是有道理的，”他说。

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：