认知控制任务下精神分裂症患者健康亲属大脑激活模式的元分析

彭晓玲

中国.广州儿童孤独症康复研究中心（广东广州）510540 E-mail: xiaolingpeng765@ gmail.com



认知控制任务下精神分裂症患者健康亲属大脑激活模式的元分析

彭晓玲

中国.广州儿童孤独症康复研究中心（广东广州）510540 E-mail: xiaolingpeng765@ gmail.com

【摘要】目的：探究认知控制任务下，精神分裂症患者健康亲属的大脑激活模式。方法：首先对近年来利用认知控制任务探究精神分裂症患者激活模式的文献进行整理；而后对各项研究的激活坐标进行提取和空间转换；最后利用似然估计的方法对提取的坐标进行系统的定量分析。结果：研究发现，与正常对照组相比，精神分裂症患者的健康亲属的左侧脑岛（似然估计值ALE＝0.012，峰值坐标：x＝-40，y＝18，z＝0）和左侧扣带回（似然估计值ALE＝0. 011，峰值坐标：x＝-2，y＝10，z＝38）激活水平显著降低，左侧额上回（似然估计值ALE＝0.013，峰值坐标：x＝0，y＝8，z ＝50）和左侧中央前回（似然估计值ALE＝0.001，峰值坐标：x＝-38，y＝2，z＝36）激活水平显著地增高（P＜0.05）。结论：与认知控制有关的大脑激活模式可能可以作为精神分裂症研究的一个内观遗传表型。

【关键词】认知控制；功能磁共振；元分析；精神分裂症亲属

Meta Analysis of Brain Activity under Cognitive Control Tasks in Relatives of Patients with Schizophrenia

Peng Xiaoling
Guangzhou Rehabilitation＆Research Center for Children with Autism，Guangzhou 510540，China

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【Abstract】Objective: To investigate the brain activity patterns in healthy relatives of patients with schizophrenia under cognitive control tasks.Methods: Firstly，we systematic searched the literatures using functional magnet resonance imaging （fMRI）to explore cognitive control tasks related brain activation patterns in healthy relatives of patients with schizophrenia；Then，we extracted peak coordinates and converted them into the Talairch space.Results: Compared with healthy controls，under cognitive control tasks，healthy relatives of patients with schizophrenia showed decreased brain activity pattern in left insular，and left cingulated gyrus，and increased activation in left superior frontal gyrus and left precentral gyrus（P＜0.05）. Conclusion: The brain activity intrigued by cognitive tasks may be potential endphenotypes for schizophrenia.

【Key words】Cognitive control；fMRI；Meta-analysis；Relatives of patients with schizophrenia

精神分裂症（Schizophrenia）是由环境和基因相互影响所致的复杂的神经精神疾病。既往的研究已经发现有超过100个基因片段对精神分裂症有影响［1］，但是对于何种基因片段可作为真正揭示精神分裂症的病原基础则知之甚少。近年来，研究者开始采取折中的策略对研究精神分裂症的遗传基础进行探究，其中之一就是寻找中间标记或内表型（Endophenotype）［2-4］。所谓的内表型是指与DSM-V或ICD-10所界定的疾病典型行为症状间接相关的、携带有遗传负荷的潜在数量性状［5］。

认知控制（Cognitive control），是指个体在信息加工中，根据当前任务目标，自上而下地对相关信息进行储存、计划和操控的过程［6］。研究发现，与正常对照组相比，精神分裂症患者的认知控制及其相关脑区的神经活动模式都存在不同程度的缺陷，基于此，研究者认为，认知控制缺陷可作为一种内表型来探究精神分裂症的遗传基础［7-8］。但是，内观表型的一个判断标准即是病人及其没有发病的家属都在这些测量上有一定程度的表现。虽然已有研究探究精神分裂症患者亲属在执行认知控制任务时大脑激活模式的改变，但鲜有一致的结果。通过元分析技术可有效的整合不同的研究结果及其本身实验设计的差异，从而得到相对一致的结果。本文拟通过激活似然估计元分析技术（Activation Likelihood Estimation，ALE），对精神分裂症患者亲属的认知控制的fMRI研究进行定量分析，希望为认知控制相关的大脑功能活动模式可作为内观遗传表型提供进一步的依据。

1　对象与方法

1.1文献筛选

通过关键词"fMRI"，"schizophrenia"，"cognitive control"，"functional magnetic resonance imaging"或" fMRI"，" siblings"，" first degree relatives"，" family study"，"twin"，"high risk"，" genetic risk"在数据库Web of Science和google scholar下检索于2014年11月前发表的有关精神分裂症患者健康亲属和健康的正常被试（亲属无精神分裂症史）参与的认知控制的fMRI研究。为保证文献检索的完整性，笔者除了检索研究类的文献，不仅对综述及其参考文献进行广泛检索，还对检索到但文献未能提供坐标的通讯作者进行联系，以期获得更加精确的文献检索结果。

在检索过程中，笔者根据以下标准选择文献:①必须包含正常对照组和精神分裂症患者的健康亲属；②采用认知控制的研究范式，探究认知控制相关的神经活动；③结果必须报告标准化后的空间坐标，包括MNI或Talairach坐标。同时，将符合如下条件的文献予以排除:①实验范式指向其他心理过程，如工作记忆；③联系通讯作者但仍未报告激活的空间坐标值。

1.2元分析

对检索的文献所报告的坐标根据元分析工具（Ginger ALE 2.0，http: / /www.brainmap.org/ale/）的要求进行整理。整理获得的坐标将在Talairach空间标准下进行，在文献中MNI空间标准报告的坐标通过Lancaster转换为Talairach坐标。根据激活坐标，采用三维高斯模型，建立ALE地图。具体ALE涉及参数设置如下: FDR（false discovery rate）、P＜0. 05、簇像素大小＞200 mm立方。

2　结果

2.1纳入文献描述

符合的文献共计6项，其中精神分裂症患者的健康亲属共计152人（Relatives，REL），正常对照组被试共计394人（Control，Ctrl），具体每项研究的基本资料详见表1。在纳入的文献中，6项研究报告正常对照组被试的激活水平高于精神分裂症患者的健康亲属，共有42个坐标；有3项研究发现正常对照组被试的激活水平低于精神分裂症患者的健康亲属（52个坐标）。

2.2元分析结果

通过对涉及的坐标进行ALE分析发现，正常对照组和精神分裂症的患者健康亲属组的脑区的激活水平具有显著的统计学意义（P＜0.05，簇群大小＞200 mm3，FDR校正）。其中正常对照组被试在左侧脑岛（Insular）和左侧扣带回（Cingulate gyrus）两个脑区的激活水平显著高于精神分裂症患者的健康亲属；而与正常对照组相比，精神分裂症的患者健康亲属在左侧额上回（Superior frontal gyrus）和左侧中央前回（Precentral gyrus）的激活水平明显增强。具体每个区域的体积及其峰值坐标及二维图，见表2和图1。

表1　纳入此次元分析的文献基本资料（±s，n）

表1　纳入此次元分析的文献基本资料（±s，n）

正常对照组　患者健康亲属组作者，发表时间　任务/设计　样本大小年龄　性别（男/女）样本大小年龄　性别（男/女）Raemaekers et al，2006［9］Prosaccades and antisaccades　16（33.4±13.6）　8/8　16（33.9±11.3）8/8 Becker et al，2008［10］Stroop task　17（32.7±7.8）　10/7　17（33.3±10.8）6/11 Delawalla et al，2008［11］AX-CPT/ Block　92（20.2±3.4）　39/53 30（21.3±3.5）14/16 Sambataro et al，2013［12］Flanker task　235（31.8±9.6）113/122 65（36.6±10.4）24/41 Camchong et al，2008［13］Anti-saccade and ocular motor delayed response　14（39.0±12.0）　13（40.0±15.0）Macdonald et al，2006［14］Preparing to overcome prepotency　20（33.4±8.4）　10/10 21（33.2±10.9）14/7

表2　ALE元分析激活簇结果

注:（a）正常对照组的激活水平大于精神分裂症患者的健康亲属；（b）精神分裂症患者的健康亲属大于正常对照组的激活水平。图1　ALE元分析获得激活簇结果

3　讨论

本文通过定量化的元分析技术发现，与正常对照组的被试相比，精神分裂症患者的健康亲属在认知控制任务下，其大脑的活动存在一些异常，具体表现为左侧脑岛和左侧扣带回相对较低的激活和左侧额上回和左侧中央前回更强的激活。前人的研究表明，脑岛对视-空间信息加工和空间注意及其感觉意识都具有很强的支配作用［15］，脑岛较低的激活水平可能说明病人亲属在刺激呈现后，出现早期感觉和注意加工的降低。脑岛和前额叶皮层，扣带回之间存在相互连接。而前额叶皮层对大脑自上而下的加工起到了至关重要的作用［16］。扣带回和脑岛的活动水平同时降低可能表明，在病人亲属对刺激呈现时评估及其反应准备过程都出现明显反应迟缓。在近期的一项研究中，研究者发现，与自上而下控制系统相关的前额叶皮层，特别是扣带回的激活水平降低很有可能会引起被试注意不集中，无法有效的调配认知资源［17］。更值得注意的是，大量的研究都表明，扣带回和脑岛的激活水平在精神分裂症执行认知控制任务亦表现出降低［13，18］，这就可能提示这些脑区的活动水平很有可能可以作为一个探究精神分裂症有关的风险标记，因为病人亲属与病人具有相同基因但未患病。

研究已经表明，额上回主要负责执行控制感知觉的调节［19］。与正常对照组相比，病人亲属的额上回在执行认知控制任务表现出明显的增强，该结果与前人的研究结果也保持一致［11］。基于此，一些学者认为这是大脑的代偿［20-21］，即针对某种感觉和注意加工水平降低时，为了维持正常的对外输出，大脑会通过增强其他脑区的活动水平来使某些脑区的活动水平降低。正是因为这种代偿机制使得病人亲属的认知控制反应中，在行为没有表现出与正常人明显的不同［22-23］，而脑活动水平的差异，在某种程度上也更加强化利用大脑的功能活动水平可以更加敏感的探测到与疾病相关的病理变化。

总之，基于激活似然估计的定量元分析技术发现，与健康被试相比，精神分裂症患者亲属执行认知控制的大脑活动水平出现了改变，特别是脑岛和扣带回区域，这些大脑活动水平上的改变，很可能就提示与认知控制有关的激活可以作为一个内表型（中间型）来探究精神分裂症的病因。但由于当前的样本量相对较小，无法对特定认知控制范式下的大脑激活水平进行探究，在未来的研究中若能考虑不同范式下实验研究结果将会使此类研究更加具备临床借鉴意义。

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·论著·（精神卫生）

收稿时间：（2015-07-14）

doi:10.13342/j.cnki.cjhp.2016.01.003

中图分类号：R749.3

文献标识码：A

文章编号:1005-1252（2016）01-0013-05