心理所通过系列创新研究揭示精神分裂症患者脑功能连接组发育异常

　　基因和行为表现异常均在精神分裂症群体中有过报道，脑科学为研究两者之间的关系提供了桥梁。随着脑连接组学发展，当前普遍认为：精神分裂症是一种神经发育性异常的精神疾病，影响人脑功能连接组正常发育的一个关键因素是“解剖距离”——儿童青少年发育过程中，大脑短距离连接不断精简，长距离连接逐步建立。这一连接组发展模式尚未在精神分裂症患者中系统深入研究。 

　　历时5年，中国科学院行为科学重点实验室左西年研究组与山西医科大学第一附属医院精神科合作，采用人脑功能连接组学的数据驱动方法，开展了一系列精神分裂症患者脑功能连接组异常方面的研究，初步揭示了上述发展模式的异常。为排除药物和疾病进程影响，共有46名首发未服药的精神分裂症患者（26名儿童青少年病人、20名成年病人）参与了该项研究。个体脑功能网络数据挖掘和机器学习算法发现（图1A）：背侧楔前叶-角回网络可以很好地区分早发精神分裂症和健康对照，阴性症状与额下回-颞上回-中央回功能网络密切相关。直接考察半球对称的功能连接发现（图1B）：精神分裂症半球功能非对称性增强，中央回和额下回的半球功能非对称性的增强反映了病人阴性症状的严重程度。整合局部功能一致性和种子点相关算法发现（图1C）：短距离和长距离功能连接在精神分裂症患者中均出现了异常，成年和早发病人的短距离连接在右侧额上皮层均高于健康对照，且成年患者的局部连接升高与其阳性症状相关；早发患者局部连接降低集中在右侧中央回和左侧枕区，这些脑区的长距离连接异常则主要集中在其对称脑区和连接组网关区域；楔前叶的短距离和长距离连接在早发病人和正常儿童青少年中表现出不同的发展模式，正常发育的短距离和长距离功能连接表现出显著的相关，而疾病状态下这种距离依赖关系缺损。 

　　该系列研究首次系统地描绘了一个“涵盖初级模块和高级联合模块，从局部连接到全局连接”的精神分裂症患者脑功能连接组发育异常新模式，将为未来的病理机制相关动物模型和药物研发研究提供脑功能连接组学方面的参考，为正在部署的国家脑计划脑疾病相关内容提供转化医学研究新思路。研究成果已经发表在Translational Psychiatry, Journal of Child Psychology and Psychiatry, Scientific Reports期刊上。未来，该研究组将根据采集的长期追踪数据，考察上述异常模式的全基因组关联及药物和疾病进程的影响。此系列研究受到国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的项目资助。 

相关论文： 

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. 

图1. 精神分裂症患者脑功能连接组发育异常新模式