《Communications Biology》：Fronto-occipital dyscommunication associates with brain hierarchy in schizophrenia
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精神分裂癥患者存在額枕葉異常交互，其神經機制不明。研究人員利用同步 EEG-fMRI 數據，研究額枕葉功能障礙與癥狀關系。發現癥狀影響大腦層級分離和信息傳遞，MOR 和 CB1等有重要作用，為理解疾病機制提供新視角。
在精神健康領域，精神分裂癥一直是一個神秘且極具挑戰性的疾病。它如同隱藏在大腦深處的 “暗礁”，給患者的生活帶來了巨大的沖擊。精神分裂癥患者常常出現幻覺、認知障礙等癥狀，這些癥狀背后的神經機制卻如同迷霧，一直未能被完全揭開。目前，雖然有各種理論試圖解釋精神分裂癥的病理機制，但對于額枕葉之間異常交互的具體過程和影響因素，科學界還知之甚少。為了打破這一困境，深入了解精神分裂癥的發病機制，來自電子科技大學成都腦科學研究院臨床醫院等機構的研究人員展開了一項意義重大的研究。他們的研究成果發表在《Communications Biology》雜志上，為我們理解精神分裂癥提供了新的線索和方向。
研究人員采用了多種先進的技術方法來開展這項研究。首先，他們收集了 107 例精神分裂癥患者（SZ）和 62 例年齡、性別匹配的健康對照（HC）的同步腦電圖（EEG）和功能磁共振成像（fMRI）數據。通過這些數據，他們能夠同時觀察大腦的電活動和功能連接情況。其次，利用 BrainSpace 工具 box 計算皮質梯度和梯度離心率，以此來描述大腦功能網絡的層級結構和區域分離趨勢。此外，通過行波分析量化額枕葉之間的信息傳遞，并結合正電子發射斷層掃描（PET）數據評估神經遞質系統的作用，還借助 Neurosynth 獲取認知加權模式，深入探究認知功能與大腦活動的關系 。
梯度離心率和行波的變化
研究人員計算了基于三個主要梯度的梯度離心率，以此來量化大腦功能分離趨勢。結果發現，精神分裂癥患者額葉和顳葉的梯度離心率增加，而額葉和頂葉部分區域的梯度離心率降低。進一步用四分位距檢查額枕葉之間的分離程度，發現患者額枕葉的分離度顯著降低，這表明患者大腦這兩個區域的功能連接出現了異常。在行波方面，研究發現組間和頻段的交互作用對前向波（FW）功率有顯著影響，SZ 組的 θ 波 FW 功率高于 HC 組，而 HC 組的 θ 波 FW 功率顯著低于 δ 波。但后向波（BW）功率在頻段和組間未表現出顯著的交互作用。
結合 EEG 和 fMRI 的研究
研究人員結合同步記錄的 EEG 和 fMRI 數據，分析了 δ 或 θ 頻段行波活動與梯度離心率之間的關系，以此評估大腦功能層級的改變。與 HC 組相比，SZ 組在多個腦區出現了梯度離心率與行波功率相關性的變化。例如，在額葉的部分腦區，如額上回、額下回等，梯度離心率與 δ-FW、θ-FW 的相關性增強；而在枕葉的部分腦區，如舌回、楔葉等，相關性降低。在與 BW 的相關性方面，也出現了類似的腦區特異性變化，這些結果揭示了精神分裂癥患者大腦功能連接的異常模式。
受體與疾病易感性的關聯
研究人員通過多元線性回歸，探究神經遞質受體和轉運體密度與梯度離心率和行波功率之間關聯模式的關系。結果顯示，多種神經遞質受體對這種關聯模式有顯著貢獻。例如，H3、5-HTT 和 DAT 對梯度離心率與 δ-BW 功率的關聯模式擬合貢獻較大；MOR 對梯度離心率與 θ-BW、δ-FW、θ-FW 功率的關聯模式均有重要貢獻 。這表明神經遞質系統在精神分裂癥患者大腦功能異常中起著關鍵作用。
疾病易感性與認知功能的關系
研究發現，有七個認知加權模式與患者梯度離心率和 θ-FW 功率的關聯模式密切相關，分別是視覺感知、搜索、面部識別、識別、節奏、運動控制和編碼。其中，視覺感知對模型擬合的貢獻較大，且在多個認知模式中起主導作用。進一步研究發現，注視、導航、分類、視覺注意和視覺感知對離心率和行波之間改變的關聯貢獻最大，這說明認知功能與大腦功能異常之間存在緊密聯系。
臨床癥狀的調節作用
研究人員通過調節分析發現，不同癥狀維度對大腦功能的影響存在差異。陽性癥狀評分較高主要影響腹外側前額葉葉中 FW 功率與梯度離心率之間的關系；陰性癥狀評分則主要影響島葉、額顳葉島蓋、顳下回和顳中回中 FW 或 BW 功率與梯度離心率的關系；一般癥狀評分主要影響腹外側前額葉葉中 FW 功率與梯度離心率的關系。此外，病程對額枕葉梯度離心率四分位距與 θ-FW 功率的關系有調節作用，病程較長時，兩者的關系更強 。
治療的潛在影響
研究人員還探究了氯丙嗪等效劑量與梯度離心率分布和行波功率之間的關系，發現兩者無相關性，且氯丙嗪等效劑量與這些指標之間也不存在交互作用。即使將藥物作為協變量，病程的顯著調節作用依然存在，這表明病程對大腦功能的影響較為獨立，不受藥物治療的明顯干擾。
在討論部分，研究人員指出，該研究為理解精神分裂癥中額頂葉的交互作用及其與大腦結構的關系提供了新的視角�；颊哳~枕葉梯度離心率的變化與前向波 θ 功率相關，且這種關系在疾病進展中受到病程的調節，這意味著疾病發展過程中自下而上的信息處理受到了破壞。同時，MOR 等神經遞質與大腦活動和層級分離的關聯，為解釋精神分裂癥的病理機制提供了新的線索。此外，研究還發現島葉在精神分裂癥中存在異常，其梯度離心率降低，與后向波活動的相關性減弱，表明島葉可能參與了自上而下信息處理的中斷，這進一步加深了我們對精神分裂癥病理機制的理解。
總的來說，這項研究揭示了精神分裂癥中額枕葉層級組織對自下而上信息處理的重要影響，以及島葉在自上而下信息處理中的關鍵作用。同時，明確了神經遞質 MOR 和 CB1等在大腦層級分離屬性與信息傳遞關系改變中的潛在作用，這些改變可能與精神分裂癥患者視覺信息處理缺陷有關。該研究為深入理解精神分裂癥的病理機制提供了多模態的證據，有助于未來開發更有針對性的治療方法，改善患者的生活質量。
