青少年脑神经发展机制及其相关行为障碍和精神疾病

青少年脑神经发展机制

及其相关行为障碍和精神疾病华东师范大学认知神经科学研究所InstituteofCognitiveNeuroscience,ECNU研究目的从基因﹑分子﹑神经﹑行为和环境等多个研究层面，利用现代行为遗传学和脑成像技术，研究青少年期神经系统的正常发育和重塑的动态过程以及在非正常状态下导致行为障碍和精神疾病的神经发展（neurodevelopmental）机制。基于认知神经科学的研究成果，设计对青少年行为障碍和精神疾病早期识别的数量检测模型。青少年在肌肉速度力度，免疫能力，对冷热饥饿等极端环境的适应能力，创伤再生和修复能力上迅速发展并达到顶峰。个体的反应速度，推理能力，记忆能力在青少年期逐步发展并达到顶峰。然而，世界卫生组织报告：

意外事故，自杀，暴力，吸毒，酗酒，成瘾等行为障碍比例在青少年期显著上升。青少年期是精神分裂，长期抑郁等重大精神疾病的首发期和高发期。青少年期的总体伤亡率比儿童期增长200%~300%。青少年期：机遇与危机青少年期

大脑发育和可塑性的影像学研究

美国国立精神研究中心的Gieddetal(2006,2007)用sMRI发现青春期前后伴随着大脑部分结构的体积迅速增大，继而重新缩减的过程。这一过程可能与大脑结构可塑性和突触剪切（pruning)有关。Sowell(1999)发现不同大脑结构的成熟有一个时间差。其中掌管决策，执行，注意和抑制的前额叶皮层的成熟明显晚于大脑的其他结构,并且发育历时最长。前额叶皮层与其他大脑机构的功能整合，尤其是对amygdala和limbicsystem等情绪机构的监督调控成为当前研究大脑成熟过程的热点问题。相应的fMRI研究还刚刚起步。精神疾病的遗传和神经发展研究大量双生子，家庭谱系和流行病学数据支持精神疾病的遗传基础，以及环境创伤在神经发育关键期对精神疾病的影响。目前已被识别的与行为障碍和精神疾病相关的基因包括，Ca++-independentcelladhesionmoleculesNCAM和L1,位于人类染色体22,位置q11的多个基因,signaling分子Neuregulin

和它的受体Erb4(Lewisetal.2003).这些基因都作用于神经发展的关键阶段,包括neuralprecursorproliferation,neuronalmigration,axonalanddendriticelaboration,以及突触形成。高分辨率大脑影像技术为精神疾病的神经发展机制研究提供了前所未有的可能性。用影像技术长期追踪神经结构和功能变化的轨迹对了解大脑正常发育过程和精神疾病的发生发展机制具有关键的意义。但由于技术，资金和各种规范条例的限制，国际上的有关研究往往样本过小，追踪时间过短，数据缺失严重。研究结果彼此冲突。研究重要性国家中长期科学和技术发展规划纲要将“脑科学与认知科学”列为8大科学前沿问题之一，并将脑重大疾病的发生发展机理，脑发育、可塑性与人类智力的关系列为主要研究任务。国家自然科学基金委员会也已将“脑科学与认知科学”列入优先资助领域，提出在“十一五”期间，强调多学科交叉与整合性研究，重点支持脑与行为的关系研究等。上海市制定的中长期科技发展规划将“脑发育和可塑性及脑高级认知功能”作为基础科学研究的主要任务之一。

大脑发育和可塑性的神经科学研究,是国家和上海市中长期科技发展的重点支持方向与优先资助领域。社会意义

我国精神疾病患病率近年来呈明显上升趋势，15岁以上人口中重性精神病患者总数约有1600万人，15岁以下各类精神疾病患者约有3000万人。精神和神经疾病在我国疾病总负担中排名首位，约占疾病总负担的20%。多数行为障碍和精神疾病在青少年期首发，若不及时识别与干预，往往导致终身残障。“十一五”国家科技支撑计划将精神疾病和行为障碍列为重大攻关项目，强调“全面研究精神疾病和行为障碍的发生发展规律、表现特征及其可能的生物、心理和社会学影响因素，开发出一整套高效实用的早期识别方法与技术”。青少年行为障碍和精神疾病的早期识别干预具有重大经济和社会效益，对提高人类素质与建设和谐社会有积极意义。研究内容包括精神疾病在内的复杂行为是基因、分子、细胞、神经回路和行为多系统、多层面的网络作用的结果；是遗传基础和后天发育、发展环境交互作用的结果（美国能源部“生命基因组计划”）。

基于这种认识，对行为障碍和精神疾病的研究已从分析单个现象发展到研究“现象”、“系统”、“分子”、“基因”诸多纵向层面的相互作用，并最终使遗传学、心理学、成像学、医学等基础研究和临床及社会应用能直接有机地融合在一起。多层面，多学科的系统研究手段了解青少年期神经系统的正常发育和重塑的动态过程，及在非正常状态下导致行为障碍和精神疾病的机制。多层面多学科系统研究模式BRAINBEHAVIORFAMILYSTUDY(Project#1)LINKAGESTUDY(Project#3)FRAGILEXSTUDY(Project#5)MOUSEMODELS/GENEEXPRESSION(Project#4)NEUROIMAGING(Project#2)BRAINLESIONCONTROLS(Projects#1and2)PHARMACOLOGICTREATMENT.STUDY(Project#6)prenatalinfancychildhoodadolescent/adultDEVELOPMENTPHARMACOGENETICS(Project#6)基因行为障碍和精神疾病行为遗传学研究计量遗传学连锁研究关联研究微阵列分析

动物模型表现型的组分分析sMRI,fMRI,DTI

婴儿神经发展与可塑性大脑环境青年少年儿童老年成年脑成像学研究

整合多种高精度的脑成像方法事件相关脑电：伴随功能活动的皮层脑电活动弥散张量磁共振成像：确定神经投射回路，估价神经髓鞘化程度

波谱磁共振成像:脑代谢水平

P3功能磁共振成像：伴随功能活动的激活定位，记录激活水平和范围。结构磁共振成像：测量皮层厚度，结构定位，大小，形状，沟回宽度采用影像技术跟踪神经发展轨迹高分辨率大脑影像技术，如sMRI,fMRI,MRS,DTI，能有效定点异常神经结构和功能激活模式。因为相对安全，可在in-vivo状态下长期追踪神经发展和变化轨迹。作为定量化的表现型组分分析，可有效克服了有