眼动可以识别精神分裂症，准确率超过90%

眼动可以识别精神分裂症，准确率超过90%

精神分裂症是一种严重的精神疾病，目前主要依赖于主观症状描述和心理评估进行诊断。近年来，科学家们发现眼动异常与精神分裂症之间存在密切关联，这为精神分裂症的早期诊断和治疗提供了新的思路。

2023年10月4日，《National Science Review》期刊在线发表题为《Decoding Effects of Psychoactive Drugs in a High-Dimensional Space of Eye Movements in Monkeys》的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心顾勇研究组、上海交通大学医学院附属精神卫生中心王继军教授团队，以及临港实验室程志仙研究组合作完成。该研究开发了一套眼动测试工具包，收集了猕猴扫视、注视、平滑追踪、自由视图和瞳孔反应等眼动数据，发现精神活性药物PCP和氯胺酮诱导猕猴产生了与精神分裂症患者相似的眼动异常，并且在高维度的眼动参数空间中，能可靠地区分不同药物（PCP、氯胺酮和生理盐水）诱导的状态，且该区分能力在不同个体之间可以迁移。结果表明，该眼动测试工具包可用于建立精神疾病的动物模型，有望为新的治疗方法的评估提供支持。

精神分裂症（schizophrenia）是最具破坏力的精神疾病之一，表现为感知、思维、情感和行为等多方面的异常，中国患者超过700万，给社会带来极大负担。精神分裂症的发病机制至今未完全阐明，主要原因是无法在病人身上进行各种侵入式的探测。因此，建立有效的动物模型可以弥补现有研究方法的局限性。然而，精神分裂症缺乏明确的生物学标志物，这使得精神分裂症的诊断主要依赖于主观的症状描述和心理评估工具，这给精神疾病动物模型的建立带来了挑战。

眼睛一直被认为是心灵的窗户。眼球运动在认知、情绪和其他心理过程中起着重要作用。精神分裂症患者普遍存在各种眼动异常，包括扫视，注视，平滑追踪和自由视图等。透过这些眼动异常，可以更全面地了解精神分裂症的神经生物学基础。此外，许多研究显示，利用眼动可以有效地识别精神分裂症，准确率可以超过90%，表明眼动可作为有效的生物学标志物。

非人灵长类动物猕猴相比其他模型动物（如啮齿类动物），在大脑结构和功能上与人类更相似，因此更有可能出现类似于人类的精神障碍。更重要的是，人类和猕猴拥有几乎相同的控制眼动的大脑回路。基于此，顾勇研究组开发了一个应用在猕猴模型上的眼动测试工具包，并收集了猕猴在注射精神活性药物PCP和氯胺酮前后扫视、平滑追踪、注视、微扫视和瞳孔反应等多项眼动数据。研究人员发现，尽管动物之间存在个体差异，PCP和氯胺酮两种药物均产生了显著而相似的效应，具体包括：（1）扫视启动滞后，速度降低，持续时间增加，同时正确率降低；（2）平滑追踪速度增益降低；（3）注视不稳定；（4）微扫视偏向下视野，且速度和持续时间增加；（5）瞳孔反应减弱。这些眼动异常与精神分裂症患者的眼动异常相似。研究人员进一步在高维度的眼动空间中，利用基于主成分分析和多分类支持向量机的分类方法，成功地区分出不同药物（生理盐水、PCP和氯胺酮）诱导的状态，准确率高达93.4％（图1）。并且，该分类模型还允许数据在不同的受试者之间进行迁移，即使用一个个体的数据来训练解码器，在另一个个体的数据上进行测试时，仍然可以取得很高的性能，这为未来的临床应用，如新的药物和物理治疗手段的评估，提供了潜在价值。

（A）显示了主成分（PCs）（最多到第15个PC）的散点图，以及通过单因素方差分析（ANOVA）计算出的主成分的显著性（绿色）。(B)由第1、第3和第10个主成分绘制的散点图；（C）加载在第1、第3和第10个主成分上的不同眼动参数的权重。(D) 基于两只动物混合数据的多类支持向量机（SVM）分类器的交叉验证结果。(E) 个体间解码结果。

该研究主要由上海交通大学医学院博士后刘旭在中国科学院脑智卓越中心顾勇研究员的指导下完成；上海交通大学医学院附属精神卫生中心王继军教授和临港实验室程志仙青年研究员为该研究论文的共同通讯作者。本研究得到上海市、中国科学院、科技部、和基金委的支持。

精神分裂症是一种症状多样、病因复杂的精神疾病。我国精神分裂症终身患病率达0.7%，累及700多万人口，其中至少1/3 的重症患者迁延难愈，给患者及家庭乃至社会带来极大负担。临床上，精神分裂症包括阳性症状（如幻觉、妄想、语言紊乱、行为怪异等）和阴性症状（如思维贫乏、快感缺乏、情感反应迟钝、社交退缩等）以及认知功能障碍（如工作记忆、注意力、执行功能等方面的受损）等三大核心症状。

科研人员介绍，皮质-皮质下-小脑环路结构与功能异常，被认为是精神分裂症的基本致病机制，并与疾病的阳性症状、阴性症状及认知功能障碍密切相关。

视觉注视是人类最基本的行为模式，人类和大部分的哺乳动物通过视觉注视来感知外界信息和指导决策。当人们注视一个目标，眼睛并不是静止不动的，而是会自发地以每秒1-3次的频率产生跳视，将注视点从原来的位置转移至另外一个位置。这些跳视可分为微跳视和大跳视——微跳视的幅度一般小于1°，它可以避免视网膜适应，起到维持视知觉的作用；大跳视则会使注视点从目标脱离从而破坏此次注视活动。

王伟解释，大脑皮质-皮质下-小脑环路参与了注视性跳视的发生，且该环路结构和功能的异常会改变注视性跳视的时空特征。精神分裂症患者大脑皮质-皮质下-小脑环路存在广泛异常，然而患者的注视性跳视如何受到这一异常环路的影响，以及其与疾病的临床症状和认知功能障碍的联系尚不清楚。

研究团队分析了140例未服用过精神类药物的、首次发作的精神分裂症患者，和160例健康被试的注视性跳视，发现尽管患者和正常被试的注视性跳视的方向主要为水平方向，但精神分裂症患者表现出更多的垂直方向的跳视。

“患者的注视性跳视，尤其是水平方向的跳视，不仅运动速度更快，持续时间更久，幅度更大，而且其运动方向更多偏向垂直方向。”研究人员称。

研究还发现，患者水平跳视时间和空间特性的异常，分别与患者的认知功能障碍和阳性症状密切相关。

值得一提的是，研究团队利用简单的机器学习方法，仅仅通过1分钟的注视眼动数据来区分精神分裂症患者和健康被试，准确率达到85%。

都说“眼睛是心灵的窗户”，王伟研究员认为，这项研究揭示了注视性跳视可以作为一种快速、简易、可靠的精神分裂症生物行为学标记。

据悉，研究得到中国科学院、国家自然科学基金委员会、上海市精神心理疾病临床医学研究中心、上海交通大学医学院临床研究中心和上海市的支持。

本文原文来自新民晚报，科学网，脑科学与智能技术卓越创新中心微信公众号