工作记忆是前额叶认知功能的基本功能单元，是一种对信息进行暂时储存和加工以指导下一步行动的记忆。工作记忆障碍是精神分裂症常见的认知功能障碍，并且被认为是精神分裂症患者多种认知障碍和临床症状（如妄想）形成的根本原因。因此，研究者一直致力于寻找精神分裂症工作记忆障碍的神经基础。通常认为，外侧前额叶皮层和后部顶叶皮层的功能整合是工作记忆任务顺利执行的关键；（短时程）突触可塑性是实现这种功能整合的基础。根据精神分裂症失连接假说，精神分裂症的病理基础可能源于这种脑区功能整合异常。因此，研究工作记忆如何调节额顶连接以及这种调节效应在精神分裂症患者中是否发生变化，有助于深入理解精神分裂症的病理机制。
当前最可行的研究（短时程）突触可塑性的方法之一是动态因果模型分析（Dynamic causal modeling, DCM）。采用这种方法，研究者可以估计出脑区之间的效应连接以及任务状态对效应连接的调节效应。因此，中国科学院行为科学重点实验室李纾研究组的青年特聘研究员周媛与丹麦科技大学Kristoffer H. Madsen博士、伦敦大学学院Karl J Friston教授和中南大学湘雅二医院精神卫生中心刘哲宁教授团队合作，采用DCM方法共同研究了工作记忆对额顶效应连接的调节作用在首发精神分裂症患者中是否存在异常。该研究的特色，一是与正常对照相比，这批首发精神分裂症患者的工作记忆成绩并没有明显降低，这使得研究者可以排除任务成绩不匹配对组间脑功能活动比较的干扰；二是采用基于脑激活区检测——心理生理交互分析——动态因果模型分析层层递进的思路，克服了动态因果模型分析中脑网络节点难以确定的困难，从而更有可能发现脑区功能整合的异常。
该研究发现，首发精神分裂症患者的工作记忆成绩判别力（d’分数）与正常对照没有显著差异，但患者表现出不同的反应偏向（c分数）；在脑激活程度上，患者没有显著改变；心理生理交互分析发现，工作记忆任务对左侧额下回与左侧顶下小叶功能连接的调节作用在患者中减弱。基于此，该研究构建了一个左侧额下回、左侧顶下小叶、视觉区的脑网络模型，通过DCM分析发现，在正常人中工作记忆任务对额顶双向连接均存在调节作用，但在精神分裂症患者中从顶叶到额叶的前向连接调节作用减弱；并且精神分裂症患者的阴性症状越重，这种从顶叶到额叶的前向连接调节效应越弱。此外，反应偏差越大的患者，这种调节效应越弱，提示患者完成工作记忆任务采取的策略不同于正常对照。
该研究结果证实了精神分裂症患者额顶效应连接受工作记忆任务调节的能力下降，提示精神分裂症患者额顶脑区不能根据信息变化形成恰当的功能整合；并且这种异常在精神分裂症早期阶段，即使工作记忆能力相对完整时，就已出现。这一研究结果，增进了我们对精神分裂症工作记忆障碍神经机制的理解，也为寻找精神分裂症早期诊断生物标记提供了理论依据。
图1：健康对照组（a）和首发精神分裂症患者组（b）最优DCM模型以及组间差异模型（c）
该研究第一作者为中国科学院大学中丹学院2013级硕士生Jesper Duemose Nielsen，指导教师为周媛和丹麦科技大学的Kristoffer H. Madsen，研究论文已在线发表于Cerebral Cortex期刊。研究数据来源于周媛和中南大学湘雅二医院精神卫生中心合作已发表的一项前期研究(Zhou et al., 2014, Schizophrenia Research)。上述研究受国家自然科学基金（No：81371476; 91132301; 91432302）、中国科学院青年创新促进会（2012075）、国家留学基金委和973项目（No：2011CB707800）支持。
论文信息：
Jesper Duemose Nielsen, Kristoffer H. Madsen, Zheng Wang, Zhening Liu, Karl J. Friston & Yuan Zhou. (2017).Working Memory Modulation of Frontoparietal Network Connectivity in First-Episode Schizophrenia. Cerebral Cortex, 2017; 1–10. doi: 10.1093/cercor/bhx050
论文网址：https://academic.oup.com/cercor/article/3052757/Working
相关论文：
Yuan Zhou, Zheng Wang, Xi-Nian Zuo, Huiran Zhang, Yun Wang, Tianzi Jiang, Zhening Liu, Hyper-coupling between working memory task-evoked activations and amplitude of spontaneous fluctuations in first-episode schizophrenia,Schizophrenia Research, 2014.10.01, 159(1): 80~89
