撰文
Qi
#精神分裂症#
在人类和其他动物中，可以解释物体和事件之间复杂关系的模型——“认知地图（cognitivemaps）”得到了海马-内嗅皮层（hippocampal-entorhinalcortex,HEC）内神经表征的支持。在啮齿类动物的主动导航过程中可以观察到HEC椎体神经元亚群表现出空间放电场，在导航结束后的休息期间，快速顺序激活的位置细胞除了探索超越经验外的新路径外，还会重现先前导航的轨迹（重放），人类中也有类似的表征。近年来，脑磁图（magnetoencephalography,MEG）可以被用于无创地检测人类的自发神经重放，不仅使得在动物模型中难以实现的、人类的抽象和非空间认知形式的新问题得以提出，还能用于研究潜在的神经精神疾病相关的问题。
比如说，精神分裂症患者往往会出现奇怪的错觉和概念混乱症状，在推断任务状态之间未观察到的关系方面存在缺陷。相应的小鼠模型显示出海马体中位置细胞的再激活和“尖波涟漪（sharpwaveripple,SWR）”的异常。神经重放和SWR有助于认知地图的巩固，并可能将联想记忆拼接在一起，从而能够对超越直接经验的关系进行推理。那么是否可以假设，精神分裂症患者的重放功能受损以及由此产生的认知地图扭曲，可以提供神经生物学异常和认知障碍之间的关键概念联系？
年6月30日，来自马斯克·普朗克UCL计算精神病学与衰老研究中心的MatthewM.Nour团队在Cell杂志上发表了一篇题为Impairedneuralreplayofinferredrelationshipsinschizophrenia的文章，在这项研究中，作者利用非空间结构学习任务和MEG数据，检测了学习后休息期间精神分裂症患者和对照组推断任务结构的自发性重放，指出精神分裂症患者的神经重放功能异常。
首先，作者让55名参与者（28名患者和27名健康志愿者）在MEG扫描期间完成一项结构推理任务，他们需要通过重组对这些图片的视觉体验来推断八个任务图片之间正确的顺序关系（图1）。作者通过在三次学习中的每一次之后进行简短的测验，并在学习后的休息阶段再进行一次简短测验来评估参与者推断正确序列的速度。其中，精神分裂症患者的学习效率显著降低，尤其是对于需要传递性推理的关联，例如“足球→→耳机”，而非直接观察到的关联，例如“足球→气球”，患者的学习障碍更加明显。
图1.学习任务示意图
在确认了患者存在特定顺序学习障碍之后，作者接下来研究了患者在学习后是否也表现出任务结构的自发性神经重放功能受损。为此，作者采用了TDLM（temporallydelayedlinearmodeling）分析框架，即首先使用MEG数据为每张图片训练一个多元解码模型，再将训练好的解码器应用于学习后休息阶段进行任务重放时扫描的MEG数据，从而能够估计每个时间点每个任务图片的自发再激活概率，最后再利用TDLM进行量化和评估（图2），与对照组相比，患者显示出减少的推断任务结构的自发性回放。
图2.任务结构重放分析流程示意图（TDLM）
先前的报道已经指出精神分裂症小鼠模型表现出海马体“涟漪功率（ripplepower）”增加，与此结果一致，作者也发现患者在重放开始后的涟漪功率增加程度显著高于对照组。此外，在对照组中，与“A→C”这种状态相比，“A→B”这种相邻状态的再激活间隔时间中位数明显缩短，而这种差距在患者组当中变得更为显著，这说明患者表现出更为迟钝的任务结构推断特征。
接下来，作者使用表征相似性分析（representationalsimilarityanalysis,RSA）对每对图片的全脑诱发反应的神经相似性变化进行量化，图片出现后诱发神经反应的每个时间点会生成一个相似性变化矩阵。从结果来看，对照组会表现出显著的位置表征，相反，患者组表现出显著的“混淆”表征。
总的来说，这项研究提出了支持精神分裂症神经生物学模型的证据，即神经重放和纹波异常与推断任务结构的混乱表现相关。这些发现对于未来解决自发的神经重激活如何与症状表达和潜在的治疗手段的相关性的问题，以及重放是否可能与其他精神疾病相关开辟了道路。
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