近日，中古脑器交互实验室尧德中、罗程教授团队联合深圳大学、加拿大麦吉尔大学和古巴神经科中心等国际多家学术机构，在精神病学权威期刊《Biological Psychiatry》在线发表题为《Thalamocortical dysconnectivity shapes cortical hierarchy disruption across illness durations in schizophrenia》的国际联合研究论文。
人脑从接收感觉信息到复杂思考，既需要各系统分工，也需要它们有序交流。而精神疾病患者则在外界感知、内在思维与认知等多方面出现异常。近年来的研究，通过对多个脑区间的建模，在精神分裂症等精神疾病中发现了不同脑功能系统之间的交互紊乱，提出了精神分裂症大脑皮层初-高级功能系统间信息交互失衡（unbalance on SA axis）的理论。
丘脑位于大脑深部，与多个皮层区域保持广泛联系，是参与信息传递与协调的重要枢纽。联合实验室研究团队根据人脑的生理机制，在精神分裂症脑功能建模中引入了丘脑，探索这一枢纽与大脑皮层初-高级功能系统间信息交互的联系。该研究整合了全球12个数据集超过2400例精神分裂症和健康被试的神经成像数据，结合连接梯度分析、影像转录组学和生成网络建模。研究在精神分裂症的SA轴失衡的基础上，提出了初级（感觉运动）–突显–高级（联合皮层）轴（sensorimotor–salience–association axis，SSA）假说。而且发现精神分裂症中丘脑介导的皮层异常沿SSA轴呈现出不同病程阶段间的系统性差异，并揭示丘脑–突显网络的交互是皮层层级失衡的关键作用。
研究将各数据集患者根据病程划分为早期、中期和晚期队列。通过比较丘脑与皮层各区域的活动关联，发现不同病程队列呈现出不同的功能组织异常。其中，与突显网络相关的丘脑异常在三个队列中均有表现，且中、晚期队列与健康对照的差异更明显（图1）。突显网络帮助大脑识别重要信息，并协调对外界刺激的关注与内部思维活动之间的切换。研究发现，患者部分功能系统在功能组织空间中区分度降低，晚期队列的表现更为明显。相关异常还与患者的精神症状存在关联。这些发现提示，丘脑与突显网络之间的异常交互，可能与大脑不同功能系统之间的分工失衡有关。
图1｜不同病程队列中的丘脑功能组织及其与健康对照的差异
如果在计算模型中调节丘脑与突显网络之间的连接，大脑功能网络会发生怎样的变化？研究人员以真实脑影像数据为基础构建计算模型，并参照健康对照的连接特征，在患者模型中开展干预仿真。结果显示，中期队列模型中的功能系统区分度增加最明显，晚期队列变化较小，早期队列未见显著变化（图2），提示不同队列所代表的网络状态可能具有不同的干预响应。这些发现为丘脑–突显网络参与皮层层级组织提供了计算模型支持，并提示其作为候选干预环路的研究价值。
图2｜计算模型模拟丘脑与突显网络环路干预后的变化
最后，研究团队指出，本研究比较的是不同病程的患者群体，尚不能说明同一患者的大脑功能会如何随病程变化，计算机仿真结果也有待临床验证。未来将结合长期随访和神经调控实验，进一步探索丘脑–突显网络环路的作用及潜在干预价值。
论文第一作者为生命学院博士研究生黄欢，加拿大麦吉尔大学Lena Palaniyappan教授为论文共同第一作者，电子科技大学尧德中教授和深圳大学蒋宇超教授为论文共同通讯作者，论文最后通讯作者为电子科技大学罗程教授。中古脑器交互实验室古方依托单位古巴神经科学中心的主任 Roberto Rodriguez-Labrada教授参与了该研究并署名。电子科技大学为第一作者单位和通讯单位。
论文链接：https://www.biologicalpsychiatryjournal.com/article/S0006-3223(26)01613-6/fulltext
期刊介绍：
《Biological Psychiatry》创刊于1969年，是国际生物精神病学第一本官方期刊，也是神经科学和精神病学Top期刊，主要刊登精神疾病发生机制与治疗相关的基础、转化和临床研究，最新影响因子为10.3。
