早发性精神分裂症和自闭症谱系障碍共有的非典型自发脑活动模式:基于皮层表面分析

文摘   2025-01-13 10:00   浙江  

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总结

本研究通过多中心大样本静息态功能磁共振成像技术,发现早期发病的精神分裂症(EOS)和自闭症谱系障碍(ASD)儿童青少年在大脑自发活动强度上存在共享的异常模式,表现为在初级感觉运动区域活动减弱,在高级跨模态区域活动增强,且EOS的异常程度比ASD更严重。这一发现为理解EOS和ASD的共同神经生物学机制提供了新的证据,并可能有助于这两种神经发育障碍的早期识别和精准治疗

摘要

精神分裂症和自闭症谱系障碍(ASD)被认为是两种神经发育障碍,并且具有共享的临床特征。我们假设它们有一些共同的非典型大脑功能,本研究的目的是探索早发性精神分裂症(EOS)和ASD儿童和青少年中共享的大脑自发活动强度变化,通过一个多中心大样本研究。共有171名EOS患者(平均年龄14.25 ± 1.87岁),188名ASD患者(平均年龄9.52 ± 5.13岁)和107名健康对照组(HC,平均年龄11.52 ± 2.82岁)接受了静息态功能磁共振成像(fMRI)扫描,并分析了低频波动幅度(ALFF)。结果显示,EOS和ASD都在初级感觉运动区域(双侧初级和早期视觉皮层、左侧腹侧视觉流、左侧初级听觉皮层)表现出低活动性,在高阶跨模态区域(双侧SFL、双侧DLPFC、右侧额眼场)和双侧丘脑表现出高活动性。EOS的异常性比ASD更严重。本研究揭示了EOS和ASD在初级感觉运动区域和高阶跨模态区域的共享功能异常,这为EOS和ASD的共同变化提供了神经影像学证据,并可能有助于EOS和ASD的早期识别和精确治疗

关键词

精神分裂症、EOS、ASD、自闭症、fMRI、ALFF、皮层

一、研究背景


1

疾病分类和重叠特征

(1)精神分裂症(SCZ)和自闭症谱系障碍(ASD)均被视为神经发育障碍。
(2)两者在社交互动、情感互惠等临床特征上存在重叠。
(3)自闭症在《精神障碍诊断与统计手册》第三版中被归类为广泛性发展障碍,而非精神病

2

近期进展

(1)近年来的研究显示SCZ与ASD在症状、认知缺陷、遗传病理、脑成像等方面存在重叠异常。
(2)自闭症特征被认为是精神分裂症的重要特征

3

SCZ和ASD区别

(1)感觉与知觉功能:SCZ患者常表现出言语性听觉幻觉,而ASD患者则可能对疼痛、声音或光刺激有异常感觉或过敏。感觉知觉障碍被视为社交认知缺陷的关键因素,影响两种障碍的患者。
(2)视觉处理与认知障碍:研究表明,SCZ或ASD患者在视觉任务中存在困难,这可能影响他们的认知和社交能力。
(3)社交认知发展:自闭症通常在早期发病,社交认知被认为是早期发展的过程。
(4)早发性精神分裂症(EOS):研究建议在18岁以下的患者中探讨SCZ和ASD之间的机制,尤其是在早期发病的情况下。
(5) 自发神经活动的研究:自发神经活动强度的测量(如低频波动幅度,ALFF)可能揭示SCZ和ASD的功能障碍。SCZ患者在感觉和运动区域ALFF降低,而在海马和左尾状核的ALFF增加与幻觉相关

4

选择ALFF原因

ALFF与认知功能的关系:
(1)额叶区域的ALFF减少与认知表现差相关。
(2)ASD患者在后DMN中表现出较低的ALFF值,这与社交认知过程有关。
ALFF的变化与疾病机制:
(1)ALFF降低可能与功能丧失有关,而ALFF增加可能是维持认知水平的补偿。
(2)不同研究的结果存在争议,尤其是在青少年人群中的证据不足

二、研究方法

(1)本研究设计为多中心大样本研究,采用标准化的功能磁共振成像(fMRI)序列。
(2)重点探索EOS和ASD儿童及青少年的大脑自发活动强度变化,以及两者之间的相似性
(3)应用基于皮层表面的分析方法,提高数据分析的准确性和敏感性

三、讨论


1

研究发现

在EOS和ASD组中,研究发现初级感觉运动区域(如视觉网络VN和感觉运动网络SMN)的低活动性,以及高阶跨模态区域(如默认模式网络DMN)的高活动性。EOS组的功能异常比ASD组更为显著。

2

神经发育连续体

研究表明,精神分裂症(SCZ)和ASD位于神经发育连续体中,共享遗传风险和病理机制,并表现出多样化的大脑发育结果。

3

听觉幻觉与大脑功能

SCZ患者的特征性症状包括听觉幻觉,通常在常规听力测试中无明显缺陷,但在高阶听觉任务中表现出功能障碍。与健康对照(HC)相比,SCZ患者在听觉网络中的功能连接性降低,尤其是Heschl's gyrus(HG)区域与听觉幻觉相关。

4

ASD的感觉处理

ASD患者在视觉和听觉皮层的自发活动(ALFF)降低,可能与自闭症核心特征(如感觉处理缺陷)有关。ASD患者在视觉领域表现出异常的视觉偏好和对强光的敏感性。

5

DMN的角色

DMN的过度活动与个体内部活动相关,可能与EOS和ASD青少年的社会缺陷有关。研究发现EOS和ASD在前额叶皮层(mPFC)区域的ALFF增加,反映了社会认知过程的障碍。

这张图片展示了在早发性精神分裂症(EOS)、自闭症谱系障碍(ASD)和健康对照组(HC)之间,低频波动幅度(ALFF)显著差异的大脑区域。图片中的不同视角显示了大脑的各个部分,包括侧面(L和R)、顶部(Ventral)、底部(Dorsal)和横截面(Y = -18, Z = 9, X = -15)。
  • 红色区域:表示在EOS和ASD患者中相对于HC组ALFF增加的区域。
  • 黄色区域:表示在EOS和ASD患者中相对于HC组ALFF减少的区域。
具体来说:
  1. 在大脑的侧面视角(L和R),可以看到在EOS和ASD患者中,某些区域的ALFF相对于HC组有所增加,这些区域用红色标记。
  2. 在大脑的顶部视角(Ventral),同样可以看到一些区域的ALFF增加,用红色标记。
  3. 在大脑的底部视角(Dorsal),也观察到ALFF的增加,用红色标记。
在横截面视角(Y = -18, Z = 9, X = -15),可以看到ALFF减少的区域,这些区域用黄色标记。
这些结果表明,EOS和ASD患者在某些大脑区域的自发神经活动与健康对照组存在显著差异,这可能与这两种疾病的神经生物学基础有关。这些发现可能有助于理解EOS和ASD的病理机制,并为早期诊断和治疗提供潜在的生物标志物。

四、研究结论

研究揭示了EOS和ASD在初级感觉运动和高阶跨模态区域的共享功能异常,并强调了这两种疾病之间的相似性及与健康个体的差异这些发现可能有助于EOS和ASD的早期识别,并为其精准治疗提供基础。

五、其他图表分析


1

表1:参与者的人口统计信息

年龄 (mean ± SD)
性别 (男/女)
头部运动 (mean ± SD)
精神药物使用 (是/否)
  • EOS     (n=171): 早发性精神分裂症患者
  • ASD     (n=188): 自闭症谱系障碍患者
  • HC     (n=107): 健康对照组
统计分析显示,年龄、性别和头部运动在EOS与ASD、EOS与HC、ASD与HC之间存在显著差异(p < 0.001)。

2

表2. 地点信息显示了不同地点的参与者分布情况,包括性别比例、组别分布以及精神药

物使用情况。年龄的均值和标准差也提供了每个地点的参与者年龄分布情况。

3

“EOS、ASD和HC组之间ALFF显著差异的大脑区域”

在早发性精神分裂症(EOS)、自闭症谱系障碍(ASD)和健康对照组(HC)之间,低频振幅值(ALFF)有显著差异的大脑区域。
数据表明,不同大脑区域在EOS、ASD和HC组之间存在显著差异。例如:
  1. 1. 在左半球的初级视觉皮层(Primary visual cortex)中,EOS组的ALFF显著低于HC组(EOS-HC差异为-4.63,p<0.001)。
  2. 2. 在右半球的DLPFC、SFL区域,ASD组的ALFF显著高于HC组(ASD-EOS差异为3.81,p<0.001)。
这些结果可能表明,EOS和ASD患者的大脑活动模式与健康对照组存在显著差异,这可能与这些疾病的认知和行为特征有关。研究结果有助于理解这些疾病背后的神经生物学基础,并可能对早期诊断和治疗有重要意义。

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