本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
据我的两个兄弟说，我的叔叔格伦一直有点古怪。他是个安静的孩子，当他说话时——他是对你说话，而不是和你说话。如果他兴奋起来，他可能会不协调地张开手指，或者他的身体会突然颤抖。格伦从不具有身体攻击性或刻薄，他有朋友——但不多。在大多数人看来，他并不有趣。后来，格伦患上了精神分裂症，这是一种使人丧失能力的疾病，患者会失去与现实的联系，产生幻觉（看到或听到实际上不存在的东西）和妄想（错误的信念）。事后看来，我的父亲和我的叔叔沃伦想知道他们是否可能已经预见到这种情况。但是，当然，他们不可能预见到。
当然，没有人预见到 22 岁的贾里德·李·洛夫纳（Jared Lee Loughner）所造成的更具破坏性的道路，他被指控在亚利桑那州的枪击事件中伤害了女议员加布里埃尔·吉福兹（Gabrielle Giffords）并杀死了六人。洛夫纳也患有妄想和胡思乱想。五月下旬，在两位专家诊断他患有精神分裂症后，他被认为在精神上不适合接受审判。（然而，暴力行为不是这种疾病的特征。请参阅“精神错乱且危险”，作者：哈尔·阿科维茨和斯科特·O·利林菲尔德，《大众科学思想》，2011 年 7 月/8 月。）
在我叔叔的案例中，与大多数情况一样，破坏是内在的：持续不断的焦虑、恐惧和精神混乱。尽管他早期的症状几乎没有预示到这种命运，但如果当时有人能观察到他的大脑，情况似乎就会不同。科学家们一直在寻找准确诊断精神病早期阶段的方法，因为早期干预似乎可以提高预防或更充分地从精神分裂症中康复的几率。现在看来，注定要患上精神病的青少年的大脑确实会在疾病发生之前发生预示性的变化。这些发现，以及其他揭示精神分裂症患者情绪和社交困难根源的新发现（请参阅本博客的第二部分，将于下周发布），已于五月份在华盛顿特区举行的美国心理科学协会 (APS) 年会上提出。总之，这些结果可以帮助我们更好地预测，甚至在症状出现之前，确定治疗的目标人群。它们也可能更精确地告诉我们如何治疗或预防这种疾病，或许可以通过阻止或遏制将大脑推向精神病的过程。
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大脑收缩
几十年来，寻找精神分裂症根源的科学家们一直将目光投向可能以不良方式调整大脑的基因，甚至可以追溯到子宫中。一些后来患上精神分裂症的人很早就表现出特有的怪异行为——例如，行走或说话迟缓。然而，这种疾病不会影响婴儿。任何早期的行为怪异现象只有在很久以后才会结晶成精神病症状，根据加州大学洛杉矶分校医学院的神经科学家泰隆·坎农（Tyrone Cannon）的说法，男性平均年龄为 18 岁，女性平均年龄为 25 岁。更重要的是，在一些年轻人中，症状会突然出现。例如，一个受欢迎的优等生可能会突然退缩到自己的世界里。因此，坎农和其他专家正在将他们的努力转向检查大脑在最终加速进入全面精神病状态期间的情况。
几年前，坎农和他的同事开始扫描精神病高风险青少年的大脑，这些人要么表现出精神病症状的细微迹象，要么有精神病家族史，并且最近在学校或工作中遇到了问题。研究人员观察了大脑如何随时间变化，查明了大脑皮层（覆盖其表面的部分）中收缩或扩张的区域，以及哪些类型的大脑物质正在消失。（特别是，他们测量了灰质，其中包含神经元的细胞体及其短分支。）他们想看到这些体积变化，因为之前的研究表明，患有完全精神分裂症的人在某些大脑区域明显缺乏神经细胞组织。
2009 年，坎农和他的同事报告说，在 35 名高危年轻人（12 至 25 岁）中，一年内患上精神病的 12 名青少年，特别是他们的前额叶皮层的收缩程度远高于未患病的 23 人。在过去的三年里，作为北美前驱症状纵向研究 (NAPLS) 的一部分，坎农的团队扩大了他们的工作范围，该研究由来自八所大学的研究团队组成的联盟正在研究新兴的精神病。正如坎农在 APS 会议上报告的那样，他和他的同事迄今为止扫描了 400 名青少年的大脑，其中约三分之二是高危人群。与健康的孩子相比，该团队发现，有危险的青少年在年龄增长过程中，前额叶皮层和颞叶皮层（侧面）中的灰质流失得更多。当他们观察表面收缩时，也发现了同样的模式。
此外，那些症状在 12 个月内恶化的人的萎缩程度远高于病情好转的孩子。“那些患上精神病的人在前额叶区域以及颞叶皮层控制听觉处理的部分表现出更陡峭的表面收缩，”坎农说，这种变化可能是导致听幻觉的原因。
坎农正在测量的收缩可能反映了正常大脑发育的夸大，他说。在青春期和成年早期，大脑以惊人的速度修剪神经连接。这种修剪在大脑的前额叶皮层中尤其细致，前额叶皮层是决策、计划和冲动控制的中心，无疑是青少年转变为更理性、规避风险的成年人的基础。坎农说，在精神病的情况下，似乎有什么东西将这种细胞修剪推向了超速运转，导致连接的更快丢失——包括一些显然能让我们保持理智的连接。
缺乏连接
但灰质的斑点状削减并不是该疾病唯一的早期解剖学迹象。被诊断患有精神分裂症的人也缺乏白质，白质是由称为髓磷脂的绝缘鞘包裹的长神经纤维组成的物质，这些神经纤维连接着遥远的大脑区域。随着青春期灰质的收缩，大脑的白质会扩张。现在，坎农的团队在 NAPLS 受试者中发现，随着疾病的早期发展，白质未能发育。坎农在会议上宣布，与正常大脑相比，在正常大脑中，白质从 12 岁到 25 岁稳步增长，但在高危人群中，这种增长并不那么明显。在随着时间推移而恶化的青少年中，青少年时期的变化是难以察觉的。
白质的缺乏似乎削弱了控制情绪的关键大脑回路。坎农和他的同事还要求高危个体和健康对照组在扫描仪内判断面孔的情感内容。尽管这些人可以完美地完成这项任务，但他们的大脑反应异常。与低危个体相比，这些处于危险中的孩子在前额叶皮层中表现出活动受到抑制，前额叶皮层的主要工作是抑制其他大脑区域，并且伴随着杏仁核（情感中心）的活动增加。这项工作和其他工作表明，在这些人中，抑制情绪的大脑回路没有正常成熟。“在患者中，杏仁核处于无人监管的状态，”坎农说。
坎农希望这些新发现不仅有助于更好地解释这种疾病，还能使临床医生通过生成他们大脑的解剖学轮廓来准确预测谁会患上这种疾病。分析这些轮廓的机器学习算法可能有一天会帮助人类标记出风险最高的青少年，以便他们能够得到帮助。越来越多的数据表明，疾病越早被识别和治疗，患者的预后就越好。从长远来看，这些结果可能会为药物的最佳分子靶点提供线索，这些药物可以使大脑灰质和白质的发育重回正轨，从而在孩子们触底之前阻止精神病的发展。
如果几十年前，当我的叔叔还是青少年时，就有这种早期诊断和治疗方法，它们可能会阻止他与精神分裂症的终生斗争。这种疾病最终使他失去了工作，并使他极难建立亲密关系。但坎农等人的发现为未来那些遭受如此悲惨折磨的人们带来了新的希望，他们的生活将比格伦更容易度过。
下周继续。2 部分系列的第一部分