文摘
本研究评估是否在大脑皮质厚度和区域的默认模式,突出和中央执行网络区分精神分裂症患者和健康对照组与正常范围或低于正常范围的认知能力。认知正常使用矩阵定义的一致认知电池(MCCB)总分()和结构磁共振成像用于生成皮质厚度数据。整个大脑分析显示,认知正常范围控制()皮质厚度大于认知正常(),低于正常范围()患者。认知正常控制还演示了比患者更大的厚度与默认模式和突出的地区,而不是中央执行网络。没有发现任何厚度测量差异之间认知正常范围和低于正常范围的控制()或认知正常,低于正常范围的患者之间。此外,网络区域之间的协方差结构高和相似的子组。积极和消极症状严重程度并不与厚度值。在大脑皮质萎缩和区域与默认和突出网络可能索引定义精神分裂症精神病精神病理学的共享方面没有与认知障碍的关系。
1。介绍
在精神分裂症认知障碍是非常普遍的,障碍跨多个能力在75 - 80%的患者观察到(1]。尽管如此,少数与健康控制参与者的性能,引起疾病的可能性变体免费,或相对自由的认知缺陷。认知能力很可能形成一个连续的患者人群,从受损的规范值,而不是一个离散或二进制疾病标记。然而,这并不排除研究精神病患者的潜在好处是相对自由的认知障碍。这些异常的病人可能代表重要的潜在的病理生理学和疾病的变化补偿。同时,“真正”的有效性在精神分裂症认知常态争议根据推测,正常范围内性能代表患者从发病前的能力水平下降2]。此外,推定地正常范围内病人可能展示任务赤字和矛盾的直接与健康对照组相比性能概要文件(3,4]。这并非总是如此5)和绝对在任何临床表现正常人口受很大压力和疾病负担可能是一种期望不可承受之重。
认知障碍和严重的精神病理学涉及潜在干扰神经系统。实质性的努力一直致力于寻找精神分裂症的生物学基础通过神经成像技术的应用。结构神经影像学研究报道普遍减少灰质体积和皮质厚度的疾病(6- - - - - -9]。皮质萎缩是可遗传的和与特定基因和通路为精神病[带来风险10]。然而,目前尚不清楚这些结构性减排指数精神病精神病理学,认知障碍,或两者兼而有之。行为数据支持的可能性,精神病和认知是不同的和可分离的,但神经影像数据更模棱两可。结构影像学表现相关症状和认知能力和灰质减少特定区域显示实质性的变化(9]。神经生物学的证据在认知正常或接近正常水平疾病变体的有效性不足和不一致的。灰质体积较低在认知正常,低于正常范围的患者相对于控制,这意味着大脑皮层变化是一个中央疾病特征与精神分裂症的定义精神病理学(11]。相比之下,最近的数据表明,皮质萎缩主要发生在患者的认知障碍患者和最低限度正常或接近正常水平的认知能力(12,13]。反对这个,另一份报告显示没有差异灰质的患者相对于控件,但认知正常,低于正常范围的患者显示白质体积减少(14]。
根据这些考虑,我们问是否皮质萎缩(1)主要是精神分裂症患者的共同特点,因此主要索引精神病的精神病理或(2)反映了大群的存在认知障碍的患者缺乏性能和/或(3)反映了疾病之间的交互过程。为了回答这些问题,我们在精神分裂症患者评估皮质厚度以及在健康控制参与者认知常态会议,未能达到标准基于广泛使用的神经心理学测试电池(15]。值得注意的是表现不佳的地区一般人群分布很少建立访问控制比较精神分裂症研究[16]。因此,对患者大脑结构差异和认知表现不佳但精神状态的参与者。这种比较可能揭示神经特点内在精神分裂症和消除那些发生在人口一般能力水平的函数。
除了比较皮质厚度值在整个大脑,我们专注于区域与默认模式网络(静),中央执行系统(岑),和突出网络(SN)。这些网络和他们的关系已经涉及严重形式的精神疾病包括精神分裂症(17]。静由主要腹内侧前额叶和后扣带皮层和调节自我参照的思考,包括自传记忆方面和社会认知(18]。岑由地区背外侧前额叶和后顶叶皮层和参与调节注意力在认知任务的性能(19]。SN包括腹外侧前额叶和前脑岛和背侧前扣带皮层区域的检测有助于刺激意义也可以发挥协调作用的其他两个网络20.]。静的过度加上异常突出映射和减少岑活动信息处理已被假定为一个潜在的缺陷障碍涉及到严重的精神病理学和认知障碍(17]。减少表面积已经报道了皮质区域与这些网络在精神分裂症患者,但目前还不清楚这种说法是否属实的认知障碍/正常的区别[21]。因此,我们的数据地址的附加问题的程度关键大脑皮质厚度值系统或不同的共享在精神分裂症患者和健康对照组与正常范围和认知能力低于正常范围。
2。材料和方法
2.1。参与者
患者()是从几个门诊项目招募汉密尔顿,安大略省,加拿大:管理学克雷霍恩讲座早期干预诊所(圣约瑟夫的医疗汉密尔顿),汉密尔顿计划精神分裂症、精神分裂症门诊诊所(圣约瑟夫的医疗汉密尔顿),精神分裂症的服务安大略省汉密尔顿一章,路径就业服务,惠灵顿精神推广计划。标准研究条目包括(1)精神分裂症或分裂情感性障碍的诊断证实了dsm - iv轴结构化临床采访障碍(22物质使用障碍的诊断),没有并发;(2)自由的历史发展或学习障碍;(3)神经或内分泌紊乱的历史;(4)年龄18 - 65岁。健康控制参与者()招募通过当地的报纸和网络分类广告付费参与研究。最大化招聘控制参与者的概率低于平均水平的认知功能,广告是针对社区,面向就业和社会服务机构的不熟练和教育程度较低的人群。感兴趣的人精神的历史和物质使用障碍筛查。所有参与者提供书面知情同意和批准的这项研究是制度伦理审查委员会。
2.2。认知措施和组织任务
标准认知测试成形性能正常的标准组成的矩阵(测量和治疗研究改善精神分裂症认知的)共识的认知电池(MCCB) [15]。MCCB包括个体的工作记忆、注意力、语言记忆,处理速度,推理和解决问题,视觉学习,社会认知和收益率整体性能的综合指数。此外,广泛的阅读分测验成绩测验(WRAT-4)管理作为代理措施发病前的能力(23]。病人的临床状态评估参与者的积极和消极症状量表(PANSS) [24]。
小组作业是基于MCCB综合得分总结性能跨7能力域,用分数的代表规范意味着社区标准化样本和性能符合先前的研究使用此仪器(5]。因此,作业的标准组是一个整体综合认知正常范围从40到60分。参与者与复合分数< 40被分配到组低于正常范围。应用程序的性能标准的90名患者产生了认知正常,低于正常范围的病人。然而,低于正常范围组24转换到住院病人身份在三年的研究和/或无法或不愿完成核磁共振成像协议,产生最终的低于正常范围的病人。辍学的病人从最后一组之间没有显著性差异低于正常范围的病人的年龄、症状严重程度,或药物治疗。然而,排除组中男性的比例(87%)明显不同(;)从研究小组的男性的比例(63%)。相同的正常标准应用于健康对照组的屈服认知正常,低于正常范围的控制。
2.3。核磁共振成像
2.3.1。扫描采集
参与者接受全身扫描3.0特斯拉短了通用电气系统磁共振扫描仪摘要介绍并行接收线圈负责人成像研究中心,圣约瑟的医疗汉密尔顿。t1加权轴向解剖扫描使用三维快速收购被宠坏的准备与反转恢复梯度回波序列回忆道。解剖图像有152片(2毫米厚1毫米重叠)使用以下成像参数:时间重复(TR) / echo (TE) = 7.5/2.1毫秒,TI = 450毫秒,视野(FOV) = 24厘米,矩阵= 512×512,翻角= 12°,接收机带宽(rBW) = + /−62.5 kHz,和激发态(NEX) = 1的数量。
2.3.2。皮质厚度分析
每个参与者的t1影像采集预处理,以部分大脑,使大脑皮层结构在受试者使用FreeSurfer自动图像分析(版本5.1.0;http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/;参见[25,26为进一步的细节在这种技术)。每个图像检查正确的运动,也经历了空间和强度归一化和头骨剥离。皮质厚度之间的距离定义为软膜的表面灰色/白色物质边界在160000年这两个脑半球顶点。随后,每个图像是由训练有素的视觉检查检查人员忽视组作业来纠正错误。一旦图像通过了检验,高维登记被用来将它们映射到一个球形atlas增加主体对准精度。表面地图和15毫米full-width-half-maximum高斯平滑的内核。
皮质分割得到感兴趣的区域(roi)使用的方法描述Destrieux et al。27,28在FreeSurfer]。Destrieux atlas涉及两个旋转的双边半球分割和沟的结构。先天的roi是基于三个网络的选择进行分析(静、SN和岑;(29日])。可视化表示的roi与每个网络图1。传统上,研究将这些网络视为不相交的集群和实施关于正交性假设。然而,最近的理论和数据表明,结构和功能网络之间的重叠区域是更准确和提供了一个有前途的框架进行调查30.]。因此,我们包括多个roi,常见网络(见图1)。此外,由于皮质厚度变化精神分裂症普遍存在或多病灶的而不是高度本地化,roi的厚度数据分配给每个网络总结,平均收益率静,SN,岑值。这避免了多重比较固有问题在整个大脑神经影像学研究31日- - - - - -33]。此外,这比vertex-wise ROI-based方法被认为是更适当的分析考虑到异质性和广泛的可能性但相对较小的厚度值通常在精神分裂症患者观察到的变化(34,35]。
盒测试的方差协方差矩阵不等式和列文的测试之前不平等进行任何参数统计测试。多元协方差分析(MANCOVA)进行皮质厚度数据,随着年龄的增长作为协变量和认知状态/诊断的固定因素。
3所示。结果
描述性统计研究小组展示在表1。低于正常范围的患者年龄和受教育程度低于正常范围的认知病人(,;,)和控制(,;,)。此外,认知正常范围控制比低于正常范围的教育控制(,),但受教育程度低于正常范围患者(,)。没有差异,男性的比例在每个组。MCCB的综合得分,正如所料,认知正常范围患者和对照组没有不同,低于正常范围的病人和对照组没有不同。然而,认知不同于正常范围内病人低于正常范围的患者(,)和控制(,低于正常范围的影响)和认知正常范围控制不同于患者(,)和控制(,)。同样的模式在阅读能力方面(WRAT-4),代理或发病前的估计能力。患者认知的关键比较正常范围控制显示无显著差异(,)。额外的细节的认知特征认知正常范围的病人分别发表(3]。病人组没有差别在正面和负面症状的严重程度或第二代抗精神病药物的频率。
皮质厚度的MANCOVA显示重要的集团(主要影响,,部分年龄)和协变量的影响(,,部分)。单变量比率是重要的整个大脑和SN - DMN-associated区域皮质厚度。认知正常范围内控制了厚度值显著高于两个病人Bonferroni调整(见表后子组2)。部分控制年龄计算指数的相关性之间的关系网络分别为每个参与者组厚度值。这显示持续高和重要()所有人群的相关性(CNR病人:的意思范围:;中国北车控制:是指范围:;方向:病人的意思范围:;方向控制:指的是范围:)。鉴于教育成就组差异,这个变量也被视为一个潜在的协变量。然而,二元教育和皮质厚度之间的相关性都是无足轻重的病人和控制参与者。此外,教育作为协变量纳入MANCOVA没有改变上述模式的结果。没有明显的二元PANSS评分之间的相关性和区域/网络相关或整个大脑皮层厚度值。
4所示。讨论
我们的数据表明,在整个大脑皮质萎缩,以及在默认模式和突出network-associated地区,是一个精神分裂症的病理生理学和不相关的特征的认知障碍也经常发生,但并非总是,在障碍。虽小但精神分裂症人口的很大一部分符合心理测量标准为正常范围认知能力没有从preillness水平下降的证据。这群从而区别更典型的绝大多数,认知障碍,而且,经常恶化的病人。此外,认知的区别意味着相应的神经大脑结构和功能的差异。然而,病人组相对于健康证明薄控制参与者暗示这方面的大脑结构反映了精神分裂症的主要psychosis-related病理学。此外,控制在正常范围或低于正常范围的能力是相互区别的皮层厚度。这强调了相对独立的皮质厚度和认知能力。同时,整体结构之间的协方差network-associated地区一直高,发生在认知和精神状态。
认知正常的病人和控制范围也不同,也许令人惊讶的是,在教育成就,患者获得平均一年相对于控制参与者。众所周知,成就是在认知没有显著降低精神分裂症患者比一般人群和人口相对于其他精神36]。然而,患者正常范围认知比较少见,代表一种特殊子群的个体。在这些情况下,教育可能提供保护的影响的更典型的精神分裂症患者赤字。另外,认知高功能患者可能引发持续教育正常化的应对反应和精神疾病开始加剧。因此,很难教育成就是否指定生产商或产品的认知能力在这个人口(37]。
我们的发现与先前的报道是一致的,即大脑皮层的结构方面区分精神分裂症患者和健康对照组不管认知能力水平(11]。数据从而反驳证据表明扩散皮质萎缩发生优先或更严重的认知障碍患者(13]。这种不一致的部分原因可能在于使用的正常标准的本质不同的研究人员和应用这些标准患者和对照组的参与者。因此,军曹鱼和他的同事们(13)聚类分析用于确定一个小组的“正常”的性能定义为患者norm-referenced数据值。然而,这些患者受损相对比较参与者在几个任务。相比之下,Wexler和他的同事们(11)与控制为准绳,直接比较使用患者执行控制在0.5个标准差值定义为“接近正常。“最近,伍德沃德和检验员14]报道没有灰质体积差异认知正常的精神分裂症患者,控制,和受损的患者使用一个心理正常估计算法,结合发病前的以及当前的能力。似乎异质性在正常标准和定义导致结果的可变性。使用被广泛接受和全面但效率的措施MCCB可能产生更多的一致的数据。
值得注意的是灰质减少前额叶和颞系统证实了精神分裂症(38]。然而,据我们所知,目前的结果是第一个显示皮质变薄特别相关的区域使用默认模式,突出网络。异常的连接和激活模式在这些关键大规模脑网络被假定作为认知障碍在精神病理学的模型17]。然而,所获得的证据,主要从功能性磁共振成像研究,混合和精神分裂症认知障碍的具体原因还不清楚(39]。也有可能精神病和认知操作是由双重受损,可分但高度共病态。普遍薄弱或缺乏精神病症状和认知能力之间的联系(40)以及认知的存在“正常”或至少高功能,表明精神分裂症群双重过程模型是合理的3]。
同样值得注意的是:皮质厚度值与中央执行系统不区分之间的病人和控制或水平的认知能力。这个网络会显示增加激活在结构化的认知测试和相关的皮质区域长期以来在精神分裂症的神经基础17]。皮质厚度值可能反映了几个皮层形态学特征(41)和地区之间的相关性中演示了我们的研究结果意味着结构连接。然而,这些和类似的数据不一定索引生理连接或激活模式网络在临床人群(42]。因此,我们的结果不能被视为一个明确的测试的重要性在精神分裂症或中央执行系统与认知障碍的关系。此外,区域重叠在总结网络厚度值意味着这些值并不是独立的。前额叶区域与工作记忆和岛叶皮质参与emotional-contextual中央行政处理是普遍现象,突出网络(17]。默认模式和突出网络共享前扣带条件,导致执行功能(18]。然而,地区厚度权重都是一样的,不能反映其微分对每个网络的贡献。这些限制使结论皮质萎缩的相对大小在不同的网络精神分裂症试探性的,需要进一步调查。
此外,认知的相对较小的样本大小正常范围内病人可能减少了统计能力检测显著差异相对于认知能力低于正常范围的病人。然而,非常小的意思是病人组(科恩的之间的区别d”)表明,样本容量就不会在这些比较nonsignificance的主要原因。因此,高功能的认知精神分裂症患者可能确实更通常的受损患者的皮层厚度。然而,额外的和神经结构和功能的替代指标应考虑在努力地图这一潜在的行为区别到底层的大脑。
5。结论
最近的研究表明,大脑皮层异常包括变薄,可能反映了突触结构和过度修枝青春期,是由基因增加了罹患精神分裂症的风险(43]。这可能有助于解释逐步稀释报道在青年与精神病的风险较高44]。还牵涉到稀疏的神经功能疾病患者不同的临床和认知之间共享配置文件。我们的数据是一致的这一观点表明,扩散以及更多的焦点稀疏的地区与默认模式和突出网络是特定精神疾病的过程,是否伴随着障碍在日常认知操作。
信息披露
资金没有参与研究设计、数据分析或手稿准备。
相互竞争的利益
作者没有利益冲突披露。
确认
这项工作得到了加拿大卫生研究院的研究(FRN102753)。作者感谢杰米•Curno Essi Numminen, Narmeen Ammari, Josh Lipszyc约瑟夫•米尔斯蒂芬妮McDermid Vaz,乔尔·戈德堡和阿什利英里协助收集和分析数据。他们也感谢参与临床工作人员汉密尔顿计划精神分裂症、精神分裂症门诊计划,圣约瑟的医疗汉密尔顿,管理学克雷霍恩讲座早期干预诊所,精神分裂症服务安大略(汉密尔顿),路径就业服务和惠灵顿精神推广计划的合作。