右眶额皮质刺激后，首次发作精神分裂症患者在接受1 Hz重复经颅磁刺激（rTMS）治疗过程中发生的功能梯度重组及其转录组特征

《NeuroImage: Clinical》：Functional gradient reorganization and transcriptomic signatures underlying 1?Hz rTMS treatment in first-episode schizophrenia following right orbitofrontal cortex stimulation

苗文文|廖雄|曾宁宁|王敏|张克旭|杨成|谢远军|王子良|胡强
中国安徽省芜湖市安庆医院（芜湖第四人民医院）精神病学系

**摘要**

**背景**
眶额皮质（OFC）是治疗精神分裂症阴性症状的一个有前景但尚未充分探索的神经调节靶点，其治疗效果背后的宏观和微观机制仍不清晰。

**方法**
在一项随机、双盲、假对照试验中，84名首次发作的、未接受过药物治疗的精神分裂症患者连续接受了20天的右侧OFC区域1赫兹重复经颅磁刺激（rTMS）治疗（n=45）或假刺激（n=39）。结合静息态fMRI梯度映射和成像转录组学分析，以表征多尺度神经重组并预测治疗反应。

**结果**
与假刺激相比，活性rTMS在治疗阴性症状和总体精神病理学方面表现出更大的改善。梯度分析表明宏观功能层次结构进行了重新调整，跨模态节点（如右侧中枕回和角回）的主梯度分数增加，而与显著性相关的区域（如前扣带回皮层）的分数下降。这些空间模式与富含突触可塑性和离子转运的转录组特征相关，细胞类型富集显示涉及皮质中间神经元和少突胶质细胞。此外，右侧中枕回和腹侧注意网络的基线梯度图谱分别预示了阴性症状和总体症状的改善。

**结论**
低频OFC-rTMS与首次发作精神分裂症阴性症状的缓解以及皮质功能层次结构的重构有关。观察到的梯度效应与突触可塑性和兴奋-抑制调节相关的分子途径空间相关，支持将功能梯度作为早期精神分裂症精准神经调节的生物标志物。

**1. 引言**
精神分裂症是一种致残性精神疾病，其特征是感知、认知和行为障碍的综合作用，其中阴性症状和认知功能障碍对药物治疗特别抵抗（Miyamoto等，2012；Siever Larry和Davis Kenneth，2004）。虽然重复经颅磁刺激（rTMS）已被证明是一种安全且有前景的神经调节方法（Blyth等，2025），但针对传统靶点（如背外侧前额皮质（DLPFC）和颞顶皮质（TPC）的治疗结果高度异质（Freitas等，2009；He等，2017；Yi等，2024）。因此，最近的研究转向了眶额皮质（OFC）（Robin和Bastin，2025），它是情绪调节、奖赏处理和决策的关键枢纽（Rolls，2023；Rolls等，2020；Rudebeck和Rich，2018）。OFC的结构和功能异常，包括皮质厚度改变、白质连接减弱和纹状体耦合降低，与精神分裂症阴性症状的严重程度密切相关（Ohtani等，2014；Shukla等，2019a；Walton等，2018）。基于这些证据，我们最近的随机、双盲、假对照试验表明，对右侧OFC进行1赫兹rTMS可以显著改善首次发作的、未接受过药物治疗的精神分裂症患者的阴性症状和认知表现（Hu等，2023）。尽管这些临床结果令人鼓舞，但介导恢复的系统级网络机制和rTMS诱导的可塑性的分子基础仍有待阐明。为了阐明OFC的局部刺激如何传播以重组大规模大脑功能，有必要超越对局部活动的评估，探究皮层的拓扑结构。连接组学的最新进展将皮质组织重新概念化为从单一感觉运动区域到跨模态关联区域的连续功能梯度（Huntenburg等，2018；Margulies等，2016）。在精神分裂症中，这种宏观层次结构经常从感觉运动区域被压缩（Dong等，2023；Uslu等，2025），反映了将传入的感觉信息与高级认知过程整合的基本失败，这种现象通常被称为连接障碍综合征（Friston，1999）。由于OFC在这个层次结构中占据独特的位置，用rTMS靶向调节OFC活动有可能诱导主要功能梯度的广泛重组。然而，至今很少有研究直接探讨OFC定向rTMS的临床益处是否通过恢复这些全局皮质梯度来介导，特别是在神经可塑性和网络可塑性最为关键的疾病早期阶段。

**2. 材料与方法**
2.1 参与者
本研究设计为随机、双盲、假对照临床试验（Hu等，2023）。患者来自哈尔滨市第一精神病院的精神病学部门。最初招募了98名患者，并随机分配到活性rTMS组或假rTMS组。在考虑因评估不完整而退出的患者后，最终样本包括89名患者：活性rTMS组47名，假rTMS组42名。在当前的神经影像分析中，另有5名患者因头部运动过多而被排除，最终样本为84名患者，其中活性rTMS组45名，假组39名。纳入标准如下：（1）根据DSM-5标准诊断为精神分裂症；（2）年龄在15至45岁之间；（3）智商（IQ）≥69；（4）未接受过药物治疗且首次出现精神病症状；（5）阳性与阴性症状量表（PANSS）总分≥60；（6）临床整体印象（CGI）评分≥4。入组后，患者接受了非典型抗精神病治疗。在父代神经影像样本中，活性rTMS组的40名患者和假组的36名患者接受了奥氮平治疗，而另5名患者和3名患者分别接受了阿立哌唑治疗；处方剂量范围为每天10-15毫克，必要时使用阿普唑仑和扎西泮等镇静剂。两组之间抗精神病药物类型无显著差异（χ2=0.283，p=0.594）。排除标准包括感觉运动障碍、神经系统疾病（如癫痫）、MRI/TMS禁忌的金属植入物、过去一个月内有电休克治疗（ECT）史、药物滥用或怀孕。参与者由第三方通过计算机生成的随机化方法分组。患者和临床评估者都对治疗分配不知情。

研究方案获得了哈尔滨市第一精神病院研究伦理委员会的批准，并在中国临床试验注册机构（ChiCTR2000041106）注册。所有参与者在入组前均获得了书面知情同意。

2.2 临床评估
主要临床结果使用阳性与阴性症状量表（PANSS）（Kay等，1987）进行评估，该量表包括阳性、阴性和一般精神病理学指标，以全面描述症状维度。次要结果涉及整体功能和疾病严重程度，分别使用全球功能评估（GAF）量表（Endicott等，1976）和CGI量表（Forkmann等，2011）进行评估。临床测量在两个时间点进行：基线和干预完成后立即进行。临床评估的评分者间一致性为0.86，表明评分者之间有良好的一致性。

2.3 rTMS方案
rTMS使用Medtronic公司的MagPro X100刺激器（丹麦）和Cool D-B80线圈进行。在活性组中，线圈位于OFC区域，对应于国际10-10 EEG系统中的AF8电极位置。刺激频率为1赫兹，强度为静息运动阈值的110%（RMT）。RMT是基于视觉方法在主要运动皮质上确定的，以对侧拇短展肌（APB）为目标肌肉。刺激强度以1% - 2%的增量进行调整，阈值定义为至少在10次连续试验中引发APB明显收缩的最小强度。治疗每天进行一次，连续20天。每次治疗包含12轮60秒的刺激，轮间间隔30秒，总共720次脉冲。尽管这种基于运动阈值的给药方法在临床rTMS研究中广泛使用，但它并未完全考虑运动皮质和OFC之间的解剖和兴奋性差异。如果没有针对目标的剂量调整或电场建模，实际传递给OFC的有效皮质剂量可能在患者之间有所不同。在假组中，使用了相同的线圈、目标位置和刺激方案，但线圈翻转180°以减少有效脑刺激，同时保留与活性刺激相关的部分头皮感觉。需要注意的是，这种假程序可能不能完全代表完全惰性的安慰剂条件，也可能无法完全再现活性OFC刺激的躯体感觉特征。

2.4 MRI数据采集
磁共振成像（MRI）数据使用3.0特斯拉GE Discovery MR750扫描仪和32通道头部线圈采集。静息态功能MRI（fMRI）图像采用回波平面成像（EPI）序列获得，参数如下：重复时间（TR）=2000毫秒；回波时间（TE）=45毫秒；翻转角度（FA）=90°；视野（FOV）=256×256毫米；矩阵大小=64×64；切片厚度=4毫米；体素大小=3.125毫米×3.125毫米×4.5毫米，共180个体积。解剖T1加权图像采用3D快速梯度回波序列获得，参数如下：TR=8.20毫秒；TE=3.22毫秒；FA=12°；FOV=256×256毫米；矩阵大小=512×512；切片厚度=1毫米，共184个切片。扫描期间，参与者被要求闭上眼睛、保持清醒并尽量减少头部运动。

2.5 fMRI预处理
静息态fMRI数据的预处理使用标准的DPABI工具箱流程（https://rfmri.org/DPABI）在SPM12平台上执行（https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）。预处理步骤包括：（1）移除前10个时间点以允许信号平衡；（2）切片定时校正；（3）头部运动校正的重对齐；（4）将功能图像与T1加权结构图像共注册；（5）将T1加权图像分割为灰质、白质和脑脊液组织概率图；（6）使用DARTEL算法将图像空间标准化到蒙特利尔神经学研究所（MNI）空间，图像重采样为3毫米等距体素；（7）包括Friston-24头部运动参数、白质信号、脑脊液信号和全球信号的干扰回归；（8）使用6毫米全宽半最大（FWHM）高斯核进行空间平滑；（9）应用0.01–0.1赫兹的时间带通滤波。包括全局信号回归以减少广泛的非神经元变异和运动相关的全局伪影，从而提高功能连接估计的特异性，尽管这种方法存在方法学争议（Ciric等，2017；Murphy和Fox，2017）。头部运动使用Power等人的方法（Power等，2012）通过平均帧位移（FD）进行量化。FD平均值>0.3毫米的参与者被排除在进一步分析之外。预处理后的功能性数据随后使用Schaefer 400脑区划分图谱划分为400个感兴趣的皮层区域（ROIs），该图谱将这些区域分配到七个经典的Yeo网络中（视觉、体感运动、背侧注意、腹侧注意、边缘系统、额顶叶和默认模式）（Thomas Yeo等人，2011年）。2.6 功能梯度分析使用BrainSpace工具箱（Vos de Wael等人，2020年）来估计主要的功能梯度。首先为每位参与者构建了一个400×400的功能连接矩阵，使用皮尔逊相关性。为了减少弱连接和潜在噪声的贡献，同时保留连接组的主要大尺度拓扑结构，每个矩阵都被阈值化以保留前10%的连接。然后使用余弦相似性（核方法=余弦）将阈值化矩阵转换为亲和矩阵，这量化了皮层区域之间连接模式的相似性，在连接组梯度研究中常用。接下来应用拉普拉斯特征映射（方法=le）来将亲和矩阵分解为流形分量（梯度）。选择这种非线性嵌入方法是因为它能够稳健地表示连续的大尺度皮层组织，并且在之前的梯度映射研究中已被广泛采用（Hong等人，2020年）。尽管没有单一的阈值或核方法是普遍最优的，但目前的参数设置是根据连接组梯度分析中的常用实践选择的，并且旨在平衡噪声抑制与有意义的大尺度连接结构的保留（Margulies等人，2016年）。然后分析主要集中在主要梯度（Gradient 1）上，它解释了连接数据中的最大方差，并捕捉了大尺度皮层组织的主要轴。为了确保个体和时间点之间的地形可比性，使用Procrustes对齐将个体梯度图与基于基线数据构建的组级模板对齐。计算了四个补充指标来表征梯度地形：（1）梯度分数，定义为沿主要梯度轴的每个节点的值；（2）梯度范围，定义为最大和最小梯度分数之间的差异，表示功能层次结构的扩展或压缩；（3）梯度方差，表示皮层上梯度分数的变异性；以及（4）解释比率，定义为主要梯度解释的总连接组方差的比例。在多个空间尺度上进行了统计比较，包括全局水平（范围和方差）、子网络水平（每个经典网络内的平均梯度分数）和节点水平，以评估组（rTMS vs. Sham）和时间（基线 vs. 后期）的效果。显著性阈值设定为p < 0.05。对于子网络和节点级别的分析，使用假发现率（FDR）校正来控制多重比较。年龄、性别和教育年限被包括在所有相关模型中作为协变量。2.7 影像转录组学为了研究rTMS诱导的梯度重组的分子基础，利用了AHBA的微阵列基因表达数据。AHBA数据使用abagen工具箱按照标准化工作流程进行了预处理（Markello等人，2021年）。探针被重新注释，表达值被标准化并映射到Schaefer 400脑区划分方案。为了确保稳健性，只保留了在捐赠者中显示出高差异稳定性（> 0.5）的基因用于后续分析。然后进行偏最小二乘（PLS）回归，以识别其空间表达模式与rTMS诱导的梯度变化图谱协变的基因。使用排列测试评估PLS组分的统计显著性。为了考虑神经成像和转录组数据固有的空间自相关性，还应用了旋转排列测试来生成空间受限的零模型。如果基因在FDR校正后仍然显著（p < 0.05），则认为它们是显著的。从得到的基因集中，选择了对空间关联贡献最大的基因，使用严格的标准化PLS权重阈值（Z > 5或Z < -5）进行下游富集分析。2.8 功能解码和细胞类型富集使用Neurosynth数据库（https://neurosynth.org）进行认知解码，以实现识别的梯度图谱与元分析认知术语（例如，“记忆”、“执行功能”）之间的定量关联。为了进一步明确这些基因签名的细胞基础，使用CSEA网络工具（https://doughertytools.wustl.edu/CSEAtool.html）进行了CSEA。将PLS分析得出的显著基因列表输入CSEA，以测试特定细胞类型和人类发育阶段及成人脑区的富集情况。使用FDR校正的费舍尔精确测试评估细胞类型富集的统计显著性（p < 0.05）。2.9 预测分析采用统一的PLS回归框架来检查基线功能层次结构是否调节治疗反应。对于每个临床结果（PANSS子量表），响应变量被定义为纵向分数变化（处理后-处理前）。预测变量矩阵包括标准化的基线梯度特征，无论是在节点级别还是子网络级别，以及它们与治疗分配（基线×组）的交互项。使用5折交叉验证优化模型复杂性，并通过决定系数（R2）量化预测性能。使用排列测试和300次迭代来评估整个模型的统计显著性。进一步计算PLS权重和投影中的变量重要性（VIP）得分，以识别对交互效应贡献最大的梯度特征；VIP得分> 1.0且p < 0.05的特征被解释为rTMS效果的潜在调节因素。这些分析程序的选择符合PLS基础神经成像分析中常用的重采样和特征重要性策略（Farrés等人，2015年；Krishnan等人，2011年）。鉴于样本量适中且没有完全嵌套的验证框架，这些预测分析应被视为探索性的，并应谨慎解读。实验设计、数据处理和分析流程的概述如图1所示。下载：下载高分辨率图像（575KB）下载：下载全尺寸图像图1. 研究设计和分析流程的示意图。（a）研究设计：首次发作的精神分裂症患者被随机分配接受20次主动1-Hz rTMS（目标：右侧OFC）或假刺激。在治疗前和治疗后获取临床和fMRI数据。（b）功能梯度分析：基于Schaefer-400脑区划分使用扩散图嵌入计算主要功能梯度（G1）。在全局、子网络和节点级别评估rTMS诱导的梯度变化。（c）多尺度解码：一种影像转录组学方法将梯度变化与Allen人类大脑图谱（AHBA）的基因表达谱相连。通过PLS回归识别的显著基因被解码，以进行功能富集（GO）、细胞类型特异性（SEA）和认知关联（Neurosynth）。（d）预测分析：采用统一的PLS回归模型，结合基线梯度特征及其与治疗的交互（基线×组），来预测临床症状的改善。3. 结果3.1 人口统计学和临床特征由于头部运动过多（FD > 0.3）和成像伪影，五名患者被排除（rTMS组：n = 2；假组：n = 3）。因此，最终神经影像分析包括了84名首次发作的精神分裂症患者，其中45人在主动rTMS组，39人在假组。如表1所示，在年龄（t = 0.400，p = 0.690）、性别分布（χ2 = 0.671，p = 0.413）、教育年限（t = 1.032，p = 0.305）或未治疗精神病的持续时间（DUP）（t = 0.930，p = 0.355）方面，组间没有显著差异。表1. 主动和假rTMS组首次发作精神分裂症患者的人口统计学和临床变量。空细胞rTMS（n = 45）假组（n = 39）t /χ2p年龄27.05 ± 8.2326.34 ± 7.990.4000.690性别（女性）23（22）16（22）0.6710.413教育（年）11.67 ± 4.0110.79 ± 3.681.0320.305DUP（月）13.25 ± 22.2317.45 ± 18.670.9300.355注：DUP，未治疗精神病的持续时间。3.2 临床治疗结果在20天的干预后，与假组相比，rTMS组在多个症状领域观察到显著的临床改善（图2）。对于PANSS阴性子量表，rTMS组在治疗结束时的分数低于假组（16.09 ± 4.46 vs. 18.82 ± 6.15；t = -2.351，p = 0.021，Cohen’s d = 0.514）。同样，rTMS组的PANSS一般病理学分数也低于假组（29.71 ± 4.73 vs. 34.03 ± 6.19；t = -3.615，p < 0.001，Cohen’s d = 0.791）。一致地，rTMS后的PANSS总分数也低于假刺激后的分数（58.18 ± 10.21 vs. 66.77 ± 14.90；t = -3.117，p = 0.003，Cohen’s d = 0.682）。PANSS阳性症状组间没有显著差异。下载：下载高分辨率图像（177KB）下载：下载全尺寸图像图2. 主动和假rTMS组之间的临床结果比较。从基线到治疗后（4周）的临床分数轨迹显示为（A）PANSS阳性子量表，（B）PANSS阴性子量表，（C）PANSS一般病理学子量表，（D）PANSS总分数，（E）全球功能评估（GAF），以及（F）临床全球印象（CGI）。* p < 0.05，** p < 0.01，*** p < 0.001。PANSS，阳性和阴性症状量表。rTMS组的功能恢复也更大，如GAF分数相对假组更高所示（51.64 ± 8.15 vs. 46.56 ± 11.73；t = 2.330，p = 0.022，Cohen’s d = 0.510）。此外，rTMS组的治疗后CGI分数也低于假组（8.44 ± 0.92 vs. 8.97 ± 1.18；t = -2.311，p = 0.023，Cohen’s d = 0.506），表明疾病严重程度降低。3.3 功能梯度地形的变化计算了主要功能梯度（G1），以表征从单模态感觉运动系统到跨模态认知网络的大尺度皮层层次结构。如图3a所示，所有亚组中都观察到了连续且可重复的梯度组织。第一个梯度组分解释了连接组方差的最大比例（25.84%，图3b），支持其作为皮层组织的主导轴的作用。使用Kolmogorov-Smirnov（KS）测试评估了梯度分布的全局变化。在rTMS组内观察到G1分数的显著纵向变化（D = 0.289，p = 0.046），效应大小适中（Cohen’s d = -0.319）。假组未检测到显著的分布变化（p > 0.05）（图3c）。下载：下载高分辨率图像（532KB）下载：下载全尺寸图像图3. rTMS治疗后的主要功能梯度变化。（a）不同组之间主要功能梯度（G1）的表面可视化，从单模态（冷色）区域到跨模态（暖色）区域。（b）Scree图显示G1解释了25.84%的连接组方差。（c）G1分数的密度图；在活跃组中观察到显著的纵向变化（KS测试，D = 0.289，p = 0.046）。（d）显示治疗后组间差异的区域。暖色表示活跃组中的较高分数（例如，MOG，ANG），而冷色表示较低分数（例如，ACC）。（e）几个经典网络内平均G1分数的箱形图；腹侧注意网络（VAN）在治疗后有显著差异（t = 2.00，p < 0.05）。（f）显示子网络中t统计量分布的雷达图。缩写：ACC，前扣带回皮层；ANG，角回；DAN，背侧注意网络；DMN，默认模式网络；FPN，额顶叶网络；LIM，边缘系统；MOG， Middle Occipital Gyrus；SMN，体感运动网络；VAN，腹侧注意网络；VIS，视觉网络。为了定位治疗相关效应，在节点级别比较了rTMS组和假组的治疗后G1分数（图3d）。使用FDR校正控制了节点间的多重比较，并在三个经过此校正的组间差异中确定了显著差异。具体来说，在rTMS组中相对于假组，右脑中间枕叶（MOG；t = 3.971，p < 0.001）和右角回（ANG；t = 3.303，p < 0.001）的梯度分数升高。相反，在右前扣带回皮层（ACC；t = -3.059，p = 0.002）观察到降低的梯度分数。通过聚合七个经典网络内的梯度分数来进一步评估系统级效应（图3e）。在治疗后的腹侧注意网络（VAN）中观察到了显著的组间差异，rTMS组的G1分数降低（t = -2.00，p = 0.045）。此外，网络间的t统计量分布表明，正变化（rTMS > 假）主要集中在体感运动网络（SMN）和默认模式网络（DMN）中，而负变化主要局限于VAN（图3f）。3.4 功能特征和梯度变化的自适应解码将反映治疗后组间差异（rTMS vs. 假）的t统计量的空间分布映射到皮层表面（图4a）。在结果图中观察到层次性的差异。正t值主要位于跨模态关联区域，包括默认模式和额顶叶网络内的区域，而负t值主要集中在单模态感觉运动和注意领域。尽管存在这些区域特定的变化，主要梯度的全球属性得以保持。如图4b所示，治疗后的全球梯度指标（包括梯度范围、梯度方差和解释比率）之间没有显著的组间差异（所有p > 0.05）。下载：下载高分辨率图像（472KB）下载：下载全尺寸图像图4. 功能特征和梯度变化的自适应解码。（a）显示治疗前后主动组与假组之间t统计量空间分布的皮层表面图。温暖的色彩表示t值 positive 的区域（Active > Sham），而冷色调则表示t值 negative 的区域（Active < Sham）。(b) 小提琴图比较了治疗后的组间全局梯度指标（梯度范围、方差和解释比率）。未观察到显著差异（$p > 0.05）。(c) 词云可视化了与正t值空间图相关的认知术语，突出了工作记忆和执行控制等高阶功能的丰富性。(d) 词云可视化了与负t值空间图相关的认知术语，突出了听觉和视觉感知等感觉和感知领域的丰富性。文本的大小对应于与元分析图相关性的强度。为了解释这些区域模式的功能相关性，使用Neurosynth数据库进行了定量元分析解码。正t值的空间模式与高阶认知领域相关。如图4c所示，富集的术语包括执行和记忆过程，如工作记忆、执行控制、记忆检索、推理和识别。相比之下，负t值的空间模式主要与初级感觉和感知功能相关。如图4d所示，观察到了与听觉感知、视觉运动、语音声音、听觉和多感官处理等相关术语的强烈关联。

3.5. 梯度重组的转录组特征
表现出显著正PLS权重的基因（PLS+，Z > 5）在与神经发育和结构组织相关的生物过程中富集，包括脊髓发育、胶质细胞发育、细胞分裂调节和肌动蛋白纤维束组装（图5a）。CSEA显示这些PLS+基因集在皮质中间神经元、少突胶质细胞和小脑星形胶质细胞中显著富集（FDR校正后的p < 0.05；图5b）。发育和区域分析还显示在成年早期这些基因在杏仁核和小脑中有优先表达（图5c）。

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图5. 与梯度相关的基因的转录组富集和细胞类型特异性。(a) 对具有正PLS权重的基因进行基因本体论（GO）富集分析。(b) 对PLS+基因进行细胞类型特异性表达分析（CSEA）。(c) 成人脑区的CSEA结果，显示PLS+基因在杏仁核和小脑中的富集。(d) 对具有负PLS权重的基因进行GO富集分析。(e) PLS-基因的CSEA结果。(f) 成人脑区的CSEA结果。
相反，表现出显著负PLS权重的基因（PLS-，Z < 5）主要在跨膜运输和代谢调节中富集，包括金属离子运输、钾/无机阳离子跨膜运输和糖鞘脂生物合成过程（图5d）。在CSEA中，PLS-基因集在脑干胆碱能神经元和脊髓运动神经元中显著富集（FDR校正后的p < 0.05；图5e）。在各个发育阶段，这些基因在小脑和丘脑中的表达升高（图5f）。

3.6. 基于基线梯度拓扑结构的治疗反应预测
为了确定基线功能层次结构是否可以作为治疗效果的生物标志物，实现了一个统一的PLS回归框架来测试基线梯度特征对临床改善的调节作用。在节点层面，特定区域的基线梯度变化与rTMS组的负面症状改善有适度关联。最强的节点效应观察到的节点是226（R2 = 0.015，p = 0.033），在解剖学上对应于右侧MOG。如图6a所示，这种交互作用表明该区域的基线梯度拓扑结构与治疗组的症状变化有差异性关联。尽管解释的方差较小，但这一区域的贡献得到了PLS权重排名（weight = 0.095；图6b）和VIP分析（VIP = 2.691；图6c）的支持。

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图6. 基于基线功能梯度特征预测临床改善。(a) 散点图显示ROI 226（右侧中间枕叶）的基线梯度评分与负面症状变化（post-base）之间的交互作用。回归线按组别分开（红色：rTMS；蓝色：Sham）。(b) 条形图显示与负面症状改善相关的top 10预测ROI的PLS交互作用权重。(c) 条形图显示top 10 ROI的变量重要性（VIP）评分；红色虚线表示显著性阈值（VIP > 1.0）。(d) 散点图显示腹侧注意网络（VAN）的基线梯度评分与一般精神病理症状变化之间的交互作用。(e) 条形图显示与一般症状改善相关的七个典型子网络的PLS交互作用权重。(f) 条形图显示子网络的VIP评分；VAN是唯一超过1.0阈值的网络。（关于此图表图例中颜色的解释，请参阅本文的网页版本。)
在子网络层面，VAN作为一般精神病理改善的更稳健调节器出现（R2 = 0.163，p = 0.009）。观察到基线VAN梯度评分与症状变化之间存在显著交互作用（图6d）。一致地，VAN在所有典型网络中显示出最高的正PLS权重（weight = 0.539；图6e），并且是唯一一个超过一般精神病理改善预测VIP阈值1.0的网络（VIP = 1.835；图6f）。这些发现表明，基线梯度组织可能携带与治疗反应性相关的适度但潜在有意义的信息，尽管在做出更强的生物标志物声明之前需要进行独立验证。

4. 讨论
据我们所知，本研究首次提供了关于低频（1-Hz）rTMS应用于药物未使用过的初发精神分裂症患者右侧OFC的治疗机制的多尺度描述。通过整合随机对照试验框架与宏观尺度连接组梯度映射和微观尺度成像转录组学，获得了几个一致性的发现。首先，主动刺激伴随着皮质功能层次结构的重新配置，这反映在主要功能梯度的纵向变化以及跨越多模态和注意力系统的区域特异性变化中。其次，这些空间解析的梯度改变在统计上与皮质基因表达模式相关，这些模式富集了与神经发育和胶质细胞相关的过程，细胞类型特征涉及中间神经元和少突胶质细胞成分。最后，视觉和腹侧注意系统内的基线梯度拓扑结构调节了临床反应，支持功能层次结构指标作为精准精神病学治疗分层的潜在生物标志物的效用。这些发现表明，抑制性OFC-rTMS可能通过重塑大规模皮质层次结构和参与与电路稳定性和可塑性相关的分子程序来带来临床益处，从而可能有助于恢复兴奋-抑制平衡和网络通信效率。

4.1. 轨迹前额叶皮层作为负面症状调节的目标
右侧OFC刺激后观察到的负面症状减少强化了OFC中心电路在精神分裂症病理生理学中的潜在作用。OFC在前额-纹状体-丘脑回路中占据战略位置，这些回路支持奖励评估、情绪调节和目标导向决策，这些领域在具有负面症状的患者中经常受损（Rolls, 2019, Shukla et al., 2019b）。OFC的结构和功能异常在初发精神分裂症中已被反复报道，与快感缺失和意志缺乏有关（Walton et al., 2018）。这些结果增加了新的证据，表明当传统靶点（例如DLPFC）效果有限时，针对OFC的神经调节可能是一个可行的替代方案，特别是对于负面症状领域（Barr et al., 2012, Wobrock et al., 2015）。从机制上讲，1-Hz rTMS通常被认为可以降低皮质兴奋性，并通过突触效应调节分布式网络（Fitzgerald et al., 2006）。在这种背景下，一个合理的解释是，抑制性OFC刺激减弱了OFC-边缘系统-纹状体回路内的不适应性过度活跃/过度连接，从而减少了神经噪声并改善了奖励和显著性处理的自上而下的调节（Downar, 2019）。
这一解释与当前队列的神经生理学证据一致，表明OFC-rTMS后皮质可塑性和振荡动力学的调节（Jiao et al., 2024）。

4.2. 重塑宏观功能层次结构
一个核心发现是rTMS相关的主要功能梯度的重组，它捕捉了从单模态感觉系统延伸到多模态联结皮层的主要功能层次轴（Ito and Murray, 2023）。精神分裂症被广泛认为是一种连接障碍（Friston, 1998），其中层次整合受到压缩（Dong et al., 2025, Holmes et al., 2023），从而损害了感觉证据与高级认知和预测控制的协调。在这个框架内，rTMS组中观察到的G1分数全局梯度分布的显著治疗后变化与系统级别的内在功能组织重新规范一致（Raut et al., 2020）。
在区域层面，治疗效果在空间上是不同的。右侧MOG和ANG的梯度分数增加，表明向层次结构的多模态端移动。这种提升可能反映了从较低水平的感觉约束中分离出的功能分化，并改善了与记忆、执行处理和多模态推理的联结系统之间的整合（Mesulam, 1998）。与此同时，右侧ACC的梯度分数降低，表明注意力控制组件相对下调。ACC层次的抑制可能有助于一般精神病理的改善（Menon, 2011）。这些双向变化与多模态联结皮层和显著性/注意力系统之间的协调重新平衡一致，可能支持认知资源的改善分配和抑制性OFC刺激后不适应的显著性信号的减少。

4.3. 梯度重组的转录组基础
通过将宏观尺度梯度效应与转录组变异联系起来，明确了推动观察到的网络重组的潜在分子基础。与梯度增加和减少相关的不同空间基因表达模式表明，不同的生物途径被招募来恢复皮质层次结构。梯度增加的区域与富集了神经发育、细胞骨架组织和胶质细胞分化的基因相关。这些生物过程构成了突触可塑性和结构重塑的基础机制（Gordon-Weeks和Fournier, 2014, Langle et al., 2002, Wang et al., 2016）。因此，建议1-Hz OFC-rTMS可能通过调节突触效率和结构连接性来促进多模态网络的重新布线，从而抵消精神分裂症中经常观察到的突触稀少（Garey et al., 1998）。细胞类型富集分析进一步揭示，这些梯度增强效应可能主要由特定的细胞群体介导，主要是皮质中间神经元、少突胶质细胞和小脑星形胶质细胞。中间神经元的具体作用与精神分裂症中的GABA能缺陷假说一致，该假说认为小清蛋白阳性中间神经元的功能障碍会破坏gamma振荡和认知整合（Lewis et al., 2012）。这些发现表明，rTMS可能促进抑制性电路的规范化，可能恢复精确信号处理所需的兴奋/抑制平衡（Lisman et al., 2008）。此外，少突胶质细胞的强烈信号与白质连接障碍和髓鞘形成缺陷的广泛证据一致（Davis et al., 2003）。这表明rTMS诱导的治疗可塑性不仅限于神经元突触，还包括适应性髓鞘形成，这对于优化高级网络的传导速度和长距离耦合至关重要（Monje, 2018）。此外，小脑星形胶质细胞的富集，加上在成年早期在杏仁核和小脑中的优先表达，指向了皮质-小脑-边缘回路的潜在调节。这可能有助于情绪调节和运动-认知整合的稳定，这些过程在早期精神病中经常受到干扰（Andreasen et al., 1998, Faris et al., 2024）。
相反，梯度减少的区域与富集了离子运输和代谢调节的基因相关。离子通道基因的富集表明，1-Hz rTMS的抑制效应在机制上根植于膜兴奋性的调节。通过影响电压门控离子通道的表达或功能，可能会减少精神病患者中经常观察到的异常过度活跃（Supekar et al., 2019）。这种对神经 firing 率的镇静效应将直接有助于观察到的梯度分数的减少，反映了这些区域从过度感觉整合中的功能分离。此外，与代谢途径的关联表明维持大脑功能层次结构的能量成本很高。鉴于精神分裂症中的过度活跃区域对大脑的代谢负担很大（Rossetti et al., 2024），rTMS诱导的抑制可能恢复代谢平衡。这一过程减少了与神经噪声相关的氧化应激和能量需求，从而允许资源重新分配到更有效的认知处理中（Richiardi et al., 2015）。最后，细胞类型富集分析提供了进一步的背景信息，显示脑干胆碱能神经元和脊髓运动神经元显著富集，小脑和丘脑中的表达升高。这些皮下和脑干群体的含义表明，OFC刺激产生的自上而下的抑制可能不仅限于皮质，还可能传播到觉醒和运动调节中心（Higley and Picciotto, 2014）。这种下降调制可能有助于减缓与精神病症状相关的过度兴奋状态和心理运动性激动（Walther和Strik，2012年）。4.4. 功能梯度作为预测生物标志物使用统一的PLS框架，识别出不同的基线层次特征作为不同临床结果的预测因子，这表明症状领域的预测机制存在双重分离。在节点级别，右侧MOG的基线梯度得分可以预测主动rTMS后负面症状的改善。尽管MOG传统上被归类为主要视觉区域，但它在社会感知的早期阶段具有功能上的整合性，特别是在面部情绪和生物运动的解码中（Green等人，2008年）。在精神分裂症中，这些低级视觉输入的缺陷成为瓶颈，限制了下游社会认知和动机网络的性能（Herrmann等人，2006年）。因此，MOG的基线层次位置可能反映了视觉-社交接口的功能完整性或可塑性储备，决定了大脑将OFC调节转化为改善的社会参与和情感反应的能力。在网络级别，VAN的基线层次结构可以预测总体精神病理学的改善。这一发现与精神病的异常显著性假说一致，该假说认为，失调的显著性系统会错误地赋予中性内部或外部刺激以重要性，从而加剧焦虑、紧张和混乱行为，这些都是总体精神病理学子量表的核心组成部分（Kapur，2003年；Palaniyappan和Liddle，2012年）。VAN作为一个断路器，重新定向注意力到行为相关的事件。在精神分裂症的早期阶段，这个网络通常过度活跃或与其他系统不适当整合，导致过度兴奋的状态（Uddin，2015年）。由于1-Hz rTMS具有抑制作用（Lefaucheur等人，2020年），具有特定基线VAN梯度配置的患者（可能反映了病理性的过度整合状态（Puledda等人，2021年）可能最能从OFC刺激的抑制和噪声消除效果中受益。通过减弱与显著性相关的电路中的异常信号，rTMS可能恢复显著性检测的阈值，并减少适应不良的注意力捕获，从而直接缓解由总体精神病理学指标衡量的痛苦和激动（Han等人，2020年；Wang等人，2017年）。有几个限制需要考虑。首先，虽然当前样本对于一个未接受过药物治疗的初次发作的群体来说是相当大的，但跨地点的独立复制对于确立梯度效应和预测标志物的可靠性和普遍性至关重要。其次，刺激、梯度重组和临床改善之间的关联不应被解释为因果关系的证据，从转录组分析中推断出的分子和细胞机制需要直接的实验验证。第三，转录组推断是基于来自有限数量健康成年捐赠者的AHBA数据。尽管这种方法在成像-转录组研究中被广泛使用，但它无法捕捉与精神分裂症相关的疾病特异性或个体水平的表达谱。第四，静息态fMRI的采集时间相对较短（大约6分钟），这可能限制了功能连接估计的可靠性，从而影响了梯度重建的稳定性。第五，刺激靶向基于国际10–10 EEG系统中的AF8头皮坐标，而不是个体化的神经元导航。虽然这种方法在临床环境中实用且常用，但它可能无法完全解释个体间颅皮层解剖的差异，因此可能导致参与者之间Stimulated的OFC亚区域的差异。第六，线圈翻转的安慰剂程序可能并不构成完全惰性的安慰剂条件，因为可能存在残余场暴露和主动OFC刺激的体感特征匹配不完全的问题。此外，未正式评估盲法效应，也未进行电磁场模拟。这些问题应在未来的研究中通过正式的盲法评估、MRI引导的神经元导航和电磁场建模来解决。5. 结论总之，本研究调查了针对OFC的低频rTMS在未接受过药物治疗的初次发作精神分裂症中的治疗效果及其潜在的多尺度机制。主动刺激与负面症状的临床改善以及宏观尺度皮层层次的系统级重新规范化相关。梯度重组的特点是跨模态网络的增强隔离和异常显著性相关处理的减弱，并且在空间上与涉及抑制和胶质相关机制的转录组特征相关联。基线梯度地形进一步预测了症状的变化，表明治疗敏感性受预先存在的功能架构的影响。这些发现支持OFC作为早期精神病中可行的神经调节目标，并强调了功能梯度指标作为制定个性化rTMS策略的候选生物标志物的潜力。作者贡献声明Wenwen Miao：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、方法学、调查、正式分析、数据管理。Xiong Jiao：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、方法学、调查、正式分析、数据管理、概念化。Ningning Zeng：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、方法学、调查、正式分析、数据管理。Min Wang：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、方法学、调查、正式分析、数据管理。Kexu Zhang：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、方法学、调查、正式分析、数据管理。Cheng Yang：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、方法学、调查、正式分析、数据管理。Yuanjun Xie：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、方法学、调查、正式分析、数据管理。Ziliang Wang：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、方法学、调查、资金获取、正式分析、数据管理。Qiang Hu：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、项目管理、方法学、调查、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。资助这项工作得到了江淮人才培训计划团队项目（2025jh20）、芜湖科学技术计划（2025kj011）、安徽省重点研发计划临床医学研究转化专项（202204295107020065）、江苏省自然科学基金青年项目（BK20240506）、江苏省卫生和计划生育委员会研究基金（H2023036、H2024099）以及江苏省中医药管理局项目（MS2024122）的支持。