《Schizophrenia》:Altered neural processing in middle frontal gyrus and cerebellum during temporal recalibration of action-outcome predictions in schizophrenia spectrum disorders
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本研究针对精神分裂症谱系障碍(SSD)患者感觉运动预测功能障碍的核心问题,通过fMRI技术探索了时间重校准过程的神经基础。研究人员发现,虽然SSD患者行为层面保持正常的时间重校准能力,但其在单模态重校准时左侧额中回(MFG)神经活动异常增强,跨模态转移时小脑激活显著减弱。这些神经指标与幻觉症状严重程度显著相关,揭示了SSD患者预测机制神经基础的潜在缺陷,为理解其自我-他人区分障碍提供了新视角。
当我们按下电脑键盘时,通常会立即听到敲击声或看到屏幕反应,这种动作与感觉结果之间的精确时间关联是我们区分自我行为与外界事件的基础。然而对于精神分裂症谱系障碍(Schizophrenia Spectrum Disorders, SSD)患者而言,这种看似简单的自我监控机制可能出现紊乱,导致他们将内心想法误认为外部声音(幻觉),或感觉自己的行动被外力控制(自我障碍)。这些症状被理论认为与大脑的"前向模型(forward model)"功能障碍密切相关——即大脑利用运动指令的副本预测动作感觉后果,并通过比较预测与实际反馈来区分自我与他者。
在动态环境中,我们的大脑需要不断调整这种预测机制以适应变化,比如当动作与结果之间出现延迟时(如疲劳或设备响应缓慢),健康个体会通过"感觉运动时间重校准(sensorimotor temporal recalibration, TRE)"机制逐渐将延迟整合入预测,最终感知为同步。然而,SSD患者在这种时间重校准过程中是否存在神经层面的异常,特别是这种异常是否与临床症状相关,成为本研究探索的核心问题。
德国马尔堡大学精神病学与心理治疗系的Christina V. Schmitter和Benjamin Straube团队在《Schizophrenia》发表的最新研究,首次系统揭示了SSD患者在时间重校准过程中的特异性神经改变。通过精巧的功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)实验设计,研究人员比较了SSD患者与健康对照(healthy controls, HC)在暴露于动作-声音延迟后,进行听觉(单模态)和视觉(跨模态)延迟检测任务时的大脑活动差异。
研究采用被动按钮装置,区分主动按压与被动诱导的运动条件,以分离前向模型特异性重校准与一般感觉间重校准。fMRI扫描期间,参与者经历适应阶段(连续按钮触发即时或200ms延迟的听觉反馈)和测试阶段(评估延迟暴露对感知的影响)。行为数据通过心理测量函数分析延迟检测阈值,fMRI数据采用广义线性模型(General Linear Model, GLM)和灵活因子设计进行组间比较。
行为结果揭示跨模态转移的动作特异性
在单模态(听觉)条件下,SSD组与HC组均表现出显著的时间重校准效应,延迟检测阈值在暴露于200ms延迟后显著提高,且两组间无差异。而在跨模态(视觉)条件下,重校准效应仅出现在主动运动条件中,被动条件下无此效应,表明前向模型预测可能在超模态水平运作,并能影响不同感觉模态的感知。
神经共同性:预测误差的普遍减少
在单模态测试中,两组被试在暴露于延迟后均显示左侧中央后回、额上回(SFG)及辅助运动区(SMA)激活减少,反映重校准后时间预测误差信号的减弱。在跨模态测试中,延迟适应导致颞上回(STG)、颞中回(MTG)、岛叶和壳核激活降低,且这种减少在主动条件下更为明显,提示这些区域参与将动作-听觉时间映射转移至视觉模态的过程。
组间差异:额叶-小脑通路的异常
左侧额中回(MFG)活动模式呈现显著组间差异:HC组在主动条件下表现出重校准相关的MFG活动减少,而SSD组则显示异常增强。小脑区域(右侧小脑VI叶、蚓部VI和左侧小脑Crus I)在跨模态测试中,HC组出现延迟适应后的激活增强(尤其在主动条件),SSD组则呈现相反模式。这些发现表明SSD患者在前向模型更新和跨模态转移过程中存在特定神经通路功能障碍。
症状相关性分析
探索性分析显示,SSD患者的幻觉症状严重程度(SAPS量表)与壳核和Heschl回在跨模态条件下的神经重校准指标显著相关,症状越严重,预测误差信号减少越不明显,提示神经重校准效率低下可能与阳性症状产生直接关联。
本研究通过高时空分辨率的fMRI技术,首次揭示了SSD患者时间重校准神经机制的独特改变:尽管行为表现保留,但其额叶预测误差监控和小脑依赖的跨模态转移过程存在特异性神经异常。这些发现不仅深化了对SSD感觉运动整合障碍的理解,更为临床干预提供了新的神经靶点。特别值得注意的是,神经指标与幻觉症状的关联暗示,针对前向模型可塑性的非侵入性脑刺激技术(如 cerebellar tDCS)可能成为缓解SSD阳性症状的潜在治疗方向。