近期研究發(fā)現，重性精神疾病，包括精神分裂癥和情感障礙，在首次發(fā)作后病情逐步加重，而重復多次發(fā)作會(huì )引起大腦不可逆的變化。因此盡早對病人明確診斷、并進(jìn)行有效的治療，將減少發(fā)作、緩解病情加重的趨勢，臨床意義重大。 

　　近二十年來(lái)，核磁共振成像（MRI）技術(shù)的快速發(fā)展，為尋找到精神分裂癥的生物學(xué)指標提供了獨特的機會(huì )。同時(shí)運用先進(jìn)的機器學(xué)習技術(shù)，研究者們已經(jīng)能對精神分裂癥進(jìn)行更加客觀(guān)的診斷。然而與慢性病人相比，在病程早期就能對患者做出明確診斷，仍然面臨很多的挑戰。研究也發(fā)現，抗精神病藥物治療能使精神分裂癥患者的大腦出現變化。因此，在精神分裂癥患者首次發(fā)作、沒(méi)有藥物治療的情況下，采用無(wú)侵害性的腦成像技術(shù)作為生物學(xué)指標，對患者做出診斷，尤其是對抗精神病藥物的療效在病程早期就能進(jìn)行預測，具有重要的臨床意義，但至今這方面的研究仍然很少。目前首發(fā)精神分裂癥的精準醫學(xué)主要包括兩個(gè)方面：一是對每個(gè)病人明確診斷，二是預測每個(gè)病人的療效。 

　　中國科學(xué)院心理健康重點(diǎn)實(shí)驗室張向陽(yáng)研究組分析顳上皮層和其它皮層區域之間的功能連接, 并采用機器學(xué)習算法，成功地對首發(fā)精神分裂癥進(jìn)行了個(gè)體化診斷，并預測抗精神病對每個(gè)病人的療效。研究中，研究者采用了一種新的方法——交互信息(mutual information)和相關(guān)性方法計算出顳上皮層和其它皮層區域之間的功能連接，同時(shí)通過(guò)靜息態(tài)功能核磁(rs-fMRI)檢測顳上皮層與其它皮層區之間的血氧水平依賴(lài)（BOLD）信號，分析它們之間的相關(guān)性。 

　　研究納入 38例首發(fā)、未服藥的精神分裂癥住院患者，平均年齡28.3±10.1 歲，同時(shí)納入29例健康對照組，平均年齡27.7±7.8 歲。采用結構化臨床評估（SCID）確定精神分裂癥的診斷，所有病人采用固定劑量的單一利培酮治療10周，劑量在第一周增加到3-6克/日，然后保持固定劑量至研究結束。采用PANSS量表在治療前后評定臨床癥狀。 

　　研究采用GE公司的3T MRI 機器，對被試者進(jìn)行結構掃描和靜息態(tài)功能核磁掃描，用FreeSurfer軟件分析皮層重建、功能成像，采用Destrieux Atlas提取每個(gè)腦區BOLD平均時(shí)間序列。共有68個(gè)腦區，互信息(MI)以及每對皮層間的區域時(shí)間序列BOLD信號的zero-lag 相關(guān)，采用MATLAB工具包，以計算功能連接。另外采用MATLAB 進(jìn)行統計分析，對每對皮層區間的互信息和關(guān)聯(lián)，應用t-檢驗比較病人組與對照組之間的差異，并應用錯誤發(fā)現率（false discovery rate，FDR)校正多次比較。進(jìn)一步采用皮爾森相關(guān)分析檢測互信息和皮層間的關(guān)聯(lián)與PANSS評分之間的相關(guān)性。 

　　通過(guò)對不同皮層區相互配對的信號分析互信息，共檢測了2278個(gè)連接，發(fā)現病人的互信息普遍降低，然而只有8個(gè)連接通過(guò)FDR驗證，仍保持顯著(zhù)性 (圖1)。有意思的是，顳上皮層和背側前額葉、扣帶、顳葉及頂葉皮質(zhì)區的互信息與PANSS陽(yáng)性癥狀和幻覺(jué)相關(guān)，但這些顯著(zhù)性沒(méi)有通過(guò)FDR多重驗證。  

圖1: 通過(guò)FDR驗證的8個(gè)連接 

　　因為研究發(fā)現在8個(gè)低MI的連接中，有7個(gè)連接與顳上皮層相關(guān)，研究者進(jìn)一步檢測是否能通過(guò)這個(gè)互信息，確定單個(gè)病人的診斷。研究采用顳上皮層與其它皮層區之間的互信息作為輸入參數，進(jìn)入稱(chēng)為“支持向量機”（SVM）的機器學(xué)習算法,執行SVM分類(lèi)，采用讓一個(gè)出去(leave-one-out) 的相互驗證方法預測一個(gè)未曾謀面的人是否患有精神分裂癥。研究模型能準確地確定一個(gè)患者是否是精神分裂癥，準確度77.8%， 靈敏度74.4， 特異度82.8% (Table 1A)。 

圖2：首發(fā)精神分裂癥的個(gè)體確診率 

　　在利培酮治療10周后，研究者進(jìn)一步隨訪(fǎng)病人。PANSS總分和三個(gè)分量表評分均顯著(zhù)性降低。以PANSS總分降低30% 為好轉標準，同時(shí)以皮層間功能連接的相關(guān)性組成回歸模型，結果發(fā)現回歸模型能預測PANSS總分降低的百分比（r=0.69; p<0.0001）。依據這個(gè)預測性的PANSS百分比降低，能預測88.0% 的治療好轉病人，和76.9% 的無(wú)效病人(平衡精確度82.5%) (Table1B)。 

圖3：抗精神病藥療效的個(gè)體預測率 

　　研究發(fā)現首發(fā)、未服藥精神分裂癥病人的顳上葉皮層功能連接異常降低。采用支持向量機方法把發(fā)自STC的功能連接輸入到機器學(xué)習算法,成功地確定了每個(gè)精神分裂癥病人的診斷，并預測對抗精神病的治療效果。這是國際上首次利用來(lái)源于靜息態(tài)功能MRI的功能連接資料，同時(shí)確定精神分裂癥的診斷和預測抗精神病藥治療病人的療效的研究。 

　　該研究受?chē)易匀豢茖W(xué)基金項目資助。論文已在線(xiàn)發(fā)表于Molecular Psychiatry： 

　　Cao B, Cho RY, Chen D, Xiu M, Wang L, Soares JC, Zhang XY. Treatment response prediction and individualized identification of first-episode drug-na？ve schizophrenia using brain functional connectivity. Molecular Psychiatry. 2018 Jun 19. doi: 10.1038/s41380-018-0106-5. [Epub ahead of print]