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《CELL》:精神分裂症个体推测关系的神经回放功能受损

来   源:杭州心驿
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摘   要:精神分裂症被认为反映了结构化心理表征的妥协,动物模型报告了休息期间海马回放和相关的涟漪活动的异常。在这里,我们利用脑磁图(MEG),让精神分裂症患者和对照组参与者通过重组包含这些物体的视觉体验来推断未观察到的物体之间的关系。
关键词:孤独症,认知,纹状体回路,结构化

依靠“位置细胞”、“方向细胞”、“网格细胞”、“时间细胞”,海马体内嗅皮层为大脑提供了一个“将所经验到的各种感觉、情绪和认知成分捆绑在一起”的时空框架,该框架的功能异常对包括孤独症、精神分裂症等在内的神经精神疾病的发作起到了至关重要的作用。___RAY

构建结构化的世界心理地图的能力支撑着我们对超越经验的事物之间关系的想象能力。在啮齿动物中,这样的表现是由休息时位置细胞的连续重新激活所支持的,这被称为回放。精神分裂症被认为反映了结构化心理表征的妥协,动物模型报告了休息期间海马回放和相关的涟漪活动的异常。在这里,我们利用脑磁图(MEG),让精神分裂症患者和对照组参与者通过重组包含这些物体的视觉体验来推断未观察到的物体之间的关系。在任务结束后的休息阶段,控制组表现出快速自发的神经元重新激活呈现的物体,这些物体重新播放了推断出的关系。回放与海马体的涟漪能量增加相一致。与对照组相比,患者表现出回放减少和涟漪功率增强,这与动物模型的研究结果一致。这些异常与行为获得和随后的任务结构的神经表征的损伤有关。

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在人类和其它动物中,“认知地图”——解释物体和事件之间关系的丰富的内部世界模型——由海马体内嗅皮层(HEC)的神经表征支持。在啮齿类动物的主动导航中,HEC锥体神经元亚群表现出空间定位的放电场。在随后的休息期间,一个快速连续的位置细胞重新激活(回放)重演以前导航的轨迹,并探索超越以往经验的新路径。在人类中,功能MRI研究也揭示了HEC中非空间域的类似地图的特征和休息期间的时间结构自发记忆重新激活,表明在概念和认知空间中存在类似的表征。

最近的进展使利用脑磁图(MEG)可以无创地检测人类的自发神经回放成为可能。这使得研究人员能够提出与人类认知的抽象和非空间形式有关的新问题,而这些问题在啮齿类动物中很难解决,除此之外,他们还可以寻求与神经加工相关的紧迫问题,这些问题是神经精神疾病的基础。

在这里,我们集中研究精神分裂症的回放,一种衰弱的神经精神障碍,终生患病率接近1%。扭曲的联想表征被认为是其临床表现的基础,包括奇异的错觉和概念混乱。受影响的患者在推断任务状态之间未观察到的关系方面并将这些知识用于决策表现出障碍。此外,这些患者表现出良好的海马结构和功能异常。尤其相关的是最近的精神分裂症基因小鼠模型,该模型强调了休息期间海马位置细胞重新激活和相关的锐波涟漪(SWRs)复合的异常。

回放和SWRs有助于巩固认知地图,并可能“缝合”联想记忆,使推理超越直接经验的关系成为可能。这提出了一个有趣的假说,即精神分裂症的回放受损以及由此产生的神经地图扭曲,可能为神经生物学异常和认知障碍(涉及复杂的基于模型的推理)之间提供了一个关键的概念联系。这种性质的推论与诸如妄想症的症状表现密切相关,并且不容易通过仅从直接经验中学习的任务来评估,这种情况不需要世界的内部联想模型(地图)。

利用了能够检测人类快速自发的神经回放和神经反应的表征内容的方法论的进步,我们测试了精神分裂症患者的异常回放和认知地图构建的假设。使用非空间结构学习任务和脑磁图(MEG)提取的神经数据,我们测量了学习后清醒休息期间推断任务结构的自发回放。我们发现,在学习后休息期间,患者表现出自发记忆重新激活的时间动力学异常,以及相关的高频(涟漪频带)振荡,这与在动物模型中看到的情况相同。重要的是,这些异常与顺序关系推理的行为障碍以及学习后任务结构的神经表征贫困有关。

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我们研究中的海马异常与破坏皮质兴奋-抑制平衡的基因小鼠精神分裂症模型有惊人的相似性,表明在休息期间,海马SWR丰度和功率均增加,以及位置细胞重新激活的异常协调表明受损的顺序回放。尽管存在这样的联系,但精神分裂症或相关精神疾病的海马体异常的特异性仍然是一个悬而未决的问题。病理性和超同步海马放电(如病理性涟漪和发作间棘波)也是颞叶癫痫(TLE)的特征,并与此疾病相关的认知障碍相关。因此,在神经生理水平上,TLE与精神障碍的某些表现可能相关,我们注意到癫痫(尤其是TLE)是精神分裂症样精神病的一个重要危险因素。有趣的是,一个TLE的临床前模型报告了在相对正常的自发性回放的背景下海马发作间放电异常。我们相信,在精神病和TLE的临床前模型中,涟漪和回放特性的进一步表征,以及它们如何与症状表现相关联,为未来的工作提供了一个令人兴奋的途径。

我们对精神分裂症中受损的神经回放的发现包含了更普遍的精神病神经生物学理论。例如,海马体高兴奋性和兴奋抑制失衡的解释被认为表现为休息期间位置细胞重新激活(即回放)的异常时间动力学。同样,谷氨酸模型可以预测异常回放,考虑到N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体在稳定海马图和编码新的连续事件和依赖于HEC的关系模式中的必要作用。最后,考虑到精神分裂症的主要多巴胺假说,迄今为止,主要关注的是中纹状体回路的过度活动,令人感兴趣的是,不正常的多巴胺信号被提出是继发于海马的过度兴奋。

HEC代表非空间域的推断关系结构,支持将新体验快速同化为相关的认知图式(地图)。离线回放和相关的SWRs在这些类似地图的神经表征的记忆巩固和稳定中起着重要作用。我们的发现为这一文献增添了新的内容。

首先,在获取序列知识方面效率最高的参与者对随后的在线结构表征(用RSA测量)和离线顺序回放(用TDLM测量)表现出了最强的签名,尽管两组参与者在休息前都处于顶部水平的知识。一种有趣但初步的可能性是,这些学习后神经签名与学习过程中抽象任务结构的神经表征的差异共同变化,这有助于将新体验快速同化为习得的HEC依赖图式。第二,回放相关的涟漪功率预测了患者学习后任务结构的神经表征的出现,这与病理损伤回放背景下增强的SWR功率反映了一种代偿机制的建议一致。

鉴于HEC在代表推断的世界关系结构方面的重要性,以及离线激活在维持和扩展这种表征方面的作用,海马体回放的异常可能提供了对精神分裂症的神经计算理解。海马回放被认为与理解基于模型的决策和推理相关的认知表现有关,包括来自对实体之间未观察到的关系的推断(例如,对他人的不正确推断,如偏执)的症状表现。可以区别于(无模型)联想和奖励学习的直接经验(即试错)障碍,这些障碍已经得到了相当多的研究关注,但不需要任务环境的关系认知图。

海马SWRs与包括内侧颞叶在内的大脑默认网络(DMN)区域的全脑活动存在紧密耦合。早期精神病患者的神经影像学研究报告了静息状态下DMN功能连接异常和海马高代谢。有暗示的证据表明,后者(DMN)可能与海马体的高频(涟漪)振荡有关。考虑到离线海马/DMN活动在想象(合成)认知中的假设作用,我们和其他人推测这些有趣的发现,可能在精神病中所见的信念病理中发挥着作用。

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李妍
李妍
人物性质:机构督导 | 行为分析师
所属单位:广州市星蓝启航健康科技有限公司
人物特长:机构督导 | 行为分析师
区     域 :广东广州市
单位性质:民办康复机构
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