精神分裂症执行功能紊乱的认知神经研究

Executive dysfunction is thought to be the core of cognitive deficit in schizophrenia, even being the basis of other cognitive deficits and psychoses. Compared with traditional clinical mental tests, cognitive neuroscience can provide the data of neural structure and activation that are closer to the biological sources of schizophrenia. This project is cognitive neuroscience approach. We first systematically analyzed the cognitive components of executive function, and proposed that there are three basic functional units and three functional networks constructs, i.e., goal maintenance, conflict monitoring, conflict control units, and goal maintenance - conflict monitoring, conflict monitoring - conflict control, and goal maintenance - conflict monitoring - conflict control networks. Accordingly, experimental paradigms and procedures that can specifically measure these constructs were selected or designed. We then conduct the advanced cognitive neuroscience recording techniques (e.g., reaction time, EEG and MRI) and analysis methods (e.g., event-related potentials, dynamic causal modeling) to investigate the variation of neural structures and activations correlated with executive dysfunction. Finally, combining with the clinical data (e.g., duration, subtype, mediation history), we will try to elucidate the neural mechanism of executive dysfunction in schizophrenia, providing a better theoretical basis for improving the diagnosis and treatment of this dysfunction.

执行功能紊乱被视为精神分裂症认知功能缺陷的核心问题，可能是其它认知功能缺陷和精神病症状的产生机制。相比传统的临床心理测验研究，认知神经科学研究能够提供更接近疾病生物源的神经结构与激活数据。本项目以实验认知神经科学为取向，首先对执行功能包含的认知加工成分做系统分析，提出执行功能包括三个基本功能单元和三个功能网络的构想，即目标维持、冲突监测和冲突控制基本功能单元，以及目标维持－冲突监测、冲突监测－冲突控制和目标维持－冲突监测－冲突控制功能网络。据此进一步选择或设计能够针对性地测量这些功能单元和网络的实验任务和程序。再运用先进的认知神经科学数据记录技术（反应时、脑电与核磁共振）与分析方法（如事件相关电位分析、动态因果模型分析等）调查执行功能紊乱相关的神经结构与激活改变。最终，结合病程、亚型、用药史等临床数据，阐明精神分裂症执行功能紊乱的神经机制，为改善执行功能紊乱的诊断和治疗提供理论基础。

本项目在执行期间，聚焦于精神分裂症执行功能紊乱为核心的科学问题，基于实验心理学和认知神经科学的方法和思想，特别从大尺度脑网络角度，开展了一系列实验研究，获得了丰硕的研究成果。项目执行期间共发表了标注项目编码的学术论文39篇。可以总结出两个方面的重要发现。一，我们发现凸显网络连接模式的异常构成精神分裂症的关键特征。通过对精分患者和健康被试的对比分析，我们发现精神分裂症中核心脑网络之间的功能连接强度下降，同时表现出更高的不稳定性。另外，功能连接和动态功能连接的指标表明凸显网络内部连接在患者中存在异常。尤为重要的是，凸显网络的连接属性可以作为区分患者和健康被试的指标。进一步的分析表明，凸显网络内部连接的不稳定性是导致精分中脑网络之间连接异常的决定性因素。因此，精分中脑网络作用的异常源于凸显网络内部连接模式的改变，而凸显网络内部连接的异常是精神分裂症的关键生物标记。二，我们发现纹状体和默认网络有向连接的异常是精神分裂症核心特征。在精神分裂症中，纹状体结构和功能上的异常被认为是这一疾病的早期核心特征。先前的研究发现，纹状体和大脑皮层的诸多区域存在功能连接，然而，这些脑区之间信息传递的路径尚不明确。在当前研究中，我们使用格兰杰因果分析的方法结合静息态功能核磁共振技术探讨纹状体和大脑皮层之间的有效连接。结果表明，相比于健康控制组，精神分裂症患者中纹状体对于默认网络的抑制性影响减弱；同时默认网络对于纹状体的兴奋性作用降低。并且纹状体和默认网络有向连接的异常与精神分裂症的临床表现相关。这些结果说明，在精神分裂中存在纹状体和默认网络之间有效连接环路的异常，这一异常反映了精分患者在整合内源和外源性信号加工中的缺陷。所在，纹状体和默认网络连接环路的病变是精神分裂症的核心特征，这一发现为治疗精神分裂症提供了潜在的干预靶点。