心理所通過系列創新研究揭示精神分裂癥患者腦功能連接組發育異常

　　基因和行為表現異常均在精神分裂癥群體中有過報道，腦科學為研究兩者之間的關系提供了橋梁。隨著腦連接組學發展，當前普遍認為：精神分裂癥是一種神經發育性異常的精神疾病，影響人腦功能連接組正常發育的一個關鍵因素是“解剖距離”——兒童青少年發育過程中，大腦短距離連接不斷精簡，長距離連接逐步建立。這一連接組發展模式尚未在精神分裂癥患者中系統深入研究。 

　　歷時5年，中國科學院行為科學重點實驗室左西年研究組與山西醫科大學第一附屬醫院精神科合作，采用人腦功能連接組學的數據驅動方法，開展了一系列精神分裂癥患者腦功能連接組異常方面的研究，初步揭示了上述發展模式的異常。為排除藥物和疾病進程影響，共有46名首發未服藥的精神分裂癥患者（26名兒童青少年病人、20名成年病人）參與了該項研究。個體腦功能網絡數據挖掘和機器學習算法發現（圖1A）：背側楔前葉-角回網絡可以很好地區分早發精神分裂癥和健康對照，陰性癥狀與額下回-顳上回-中央回功能網絡密切相關。直接考察半球對稱的功能連接發現（圖1B）：精神分裂癥半球功能非對稱性增強，中央回和額下回的半球功能非對稱性的增強反映了病人陰性癥狀的嚴重程度。整合局部功能一致性和種子點相關算法發現（圖1C）：短距離和長距離功能連接在精神分裂癥患者中均出現了異常，成年和早發病人的短距離連接在右側額上皮層均高于健康對照，且成年患者的局部連接升高與其陽性癥狀相關；早發患者局部連接降低集中在右側中央回和左側枕區，這些腦區的長距離連接異常則主要集中在其對稱腦區和連接組網關區域；楔前葉的短距離和長距離連接在早發病人和正常兒童青少年中表現出不同的發展模式，正常發育的短距離和長距離功能連接表現出顯著的相關，而疾病狀態下這種距離依賴關系缺損。 

　　該系列研究首次系統地描繪了一個“涵蓋初級模塊和高級聯合模塊，從局部連接到全局連接”的精神分裂癥患者腦功能連接組發育異常新模式，將為未來的病理機制相關動物模型和藥物研發研究提供腦功能連接組學方面的參考，為正在部署的國家腦計劃腦疾病相關內容提供轉化醫學研究新思路。研究成果已經發表在Translational Psychiatry, Journal of Child Psychology and Psychiatry, Scientific Reports期刊上。未來，該研究組將根據采集的長期追蹤數據，考察上述異常模式的全基因組關聯及藥物和疾病進程的影響。此系列研究受到國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的項目資助。 

相關論文： 

1、Yang Z, Xu Y*, Xu T, Hoy C, Handwerker D, Chen G, Northoff G, Zuo XN*, Bandettini P (2014). Brain-network informed subject community detection in early-onset schizophrenia. Scientific Reports 4, 5549. 

2、Li HJ, Xu Y, Zhang KR, Hoptman MJ, Zuo XN* (2015). Homotopic connectivity in drug-naive, first-episode, early-onset schizophrenia. Journal of Child Psychology and Psychiatry, 56(4): 432-443. 

3、Jiang L, Xu Y, Zhu XT, Yang Z, Li HJ, Zuo XN* (2015). Local-to-remote cortical connectivity in childhood and adulthood schizophrenia. Translational Psychiatry, 5: e566. 

圖1. 精神分裂癥患者腦功能連接組發育異常新模式