计算机模型解释了精神分裂症患者决策能力的改变

今天发表在《科学》杂志上的一项新研究显示，科学家们已经建立了一个计算机“大脑回路”，或称人工神经网络，它反映了人类的决策过程，并阐明了回路在精神疾病中可能如何改变eLife报告。

该模型确定了受损的潜在机制决定制作在精神分裂症中常见于精神分裂症，涉及降低脑中分子的活性，称为NDMA受体。这些结果提供了新的洞察力，可以为未来的神经精神状况的发展提供信息。

“精神科的主要挑战是使大脑中神经突触发生的变化联系起来认知过程该研究的主要作者肖恩·卡瓦纳(Sean Cavanagh)博士解释道，他是英国伦敦大学学院皇后广场神经学研究所(UCL Queen Square Institute of Neurology)的硕士研究生。“大脑回路的计算模型可以填补这些空白。通过改变突触水平上的回路模型，你可以预测神经活动和行为，然后通过实验来测试这些。”

该团队建立了一个模型，复制了大脑是如何收集证据并做出决定的。他们感兴趣的决策类型是那些涉及合并多个信息片段的决策。例如，当决定去哪里度假时，我们必须结合许多因素的信息，包括成本，天气和文化体验。最初，研究小组想看看他们的计算机模型是否显示出健康人类在这类选择上所表现出的同样的决策偏差，这被称为“偏方差偏差”。这描述了人类如何倾向于选择有更多可变证据的选项。例如，当计划一个假期并面临两个选择时，人们通常倾向于选择一个在一个属性上很吸引人，但在另一个属性上不那么吸引人(价格昂贵，但天气很好)的假期，而另一个在所有属性上都很普通(价格和天气都可以接受)的假期。

研究人员开始为两个决策任务开始猕猴猴子并记录他们行为的模式。猴子呈现出两个系列的八个酒吧，一个在计算机屏幕的两侧，它们必须决定哪一侧具有更高的平均身高。猴子基于近30,000套信息做出决定，研究人员研究了对猴子选择的证据的时间和变化的影响。他们发现，与人类一样，猴子通常优先选择在证据上具有更大变异性的选项。

为了探索这种偏好的大脑流程，团队建立了基于计算机的电路模型。该模型包括分配给右或左选项的两组兴奋性神经细胞（神经元），使得一个组中的高活动表示对该选项的决定。两组神经元也与抑制性神经元相连，抵消并平衡兴奋性神经元的活性。然后用与猴子相同的决定任务测试电路，并且被证明能够再现相同的偏差，使得猴子使用（以及哪种人类使用）做出决定。

为了了解这些决策过程在神经精神疾病(如精神分裂症)中是如何受损的，研究小组降低了连接兴奋组和抑制组神经元的突触NMDA受体的活性。他们发现，模型中的决策表现依赖于兴奋和抑制之间的平衡，而这又受到两组神经元上NDMA受体的相对变化的影响。

已知氯胺酮可以阻断NDMA受体，并被用作精神分裂症的实验模型，因为它会暂时在健康人类身上重现精神分裂症的许多症状。为了检验模型的预测是否与行为变化一致，研究小组研究了氯胺酮对猴子决策的影响。尽管服用氯胺酮后猴子的决策准确性有所下降，但它们仍然保持了相同的偏方差。在计算机模型，这种决策行为的变化与兴奋/抑制平衡降低相一致。

综上所述，这表明在精神分裂症和其他疾病中所看到的决策行为的变化可能是由于兴奋性神经元上NMDA受体的活性降低引起的。该团队希望这一发现能为新疗法的开发铺平道路。

“决策偏差可以是正常行为的特征，也可以是潜在神经精神症状的缺陷，”伦敦大学学院皇后广场神经研究所认知神经科学教授、资深作者史蒂夫·肯纳利总结道。“发展神经疾病的机制解释是非常具有挑战性的，需要精心设计的实验任务，正常与异常的神经组，和计算模型。这项研究只有与牛津大学(劳伦斯·亨特博士)和耶鲁大学(诺曼·林博士;教授约翰·莫里)。我们的研究结果提供了一种回路机制，在决策偏差突出的神经精神疾病中，从突触到行为水平架起桥梁。”