本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
據我的兩個兄弟說，我的叔叔格倫一直有點古怪。他是個安靜的孩子，當他說話時——他是對你說話，而不是和你說話。如果他興奮起來，他可能會不協調地張開手指，或者他的身體會突然顫抖。格倫從不具有身體攻擊性或刻薄，他有朋友——但不多。在大多數人看來，他並不有趣。後來，格倫患上了精神分裂症，這是一種使人喪失能力的疾病，患者會失去與現實的聯絡，產生幻覺（看到或聽到實際上不存在的東西）和妄想（錯誤的信念）。事後看來，我的父親和我的叔叔沃倫想知道他們是否可能已經預見到這種情況。但是，當然，他們不可能預見到。
當然，沒有人預見到 22 歲的賈裡德·李·洛夫納（Jared Lee Loughner）所造成的更具破壞性的道路，他被指控在亞利桑那州的槍擊事件中傷害了女議員加布裡埃爾·吉福茲（Gabrielle Giffords）並殺死了六人。洛夫納也患有妄想和胡思亂想。五月下旬，在兩位專家診斷他患有精神分裂症後，他被認為在精神上不適合接受審判。（然而，暴力行為不是這種疾病的特徵。請參閱“精神錯亂且危險”，作者：哈爾·阿科維茨和斯科特·O·利林菲爾德，《大眾科學思想》，2011 年 7 月/8 月。）
在我叔叔的案例中，與大多數情況一樣，破壞是內在的：持續不斷的焦慮、恐懼和精神混亂。儘管他早期的症狀幾乎沒有預示到這種命運，但如果當時有人能觀察到他的大腦，情況似乎就會不同。科學家們一直在尋找準確診斷精神病早期階段的方法，因為早期干預似乎可以提高預防或更充分地從精神分裂症中康復的機率。現在看來，註定要患上精神病的青少年的大腦確實會在疾病發生之前發生預示性的變化。這些發現，以及其他揭示精神分裂症患者情緒和社交困難根源的新發現（請參閱本部落格的第二部分，將於下週釋出），已於五月份在華盛頓特區舉行的美國心理科學協會 (APS) 年會上提出。總之，這些結果可以幫助我們更好地預測，甚至在症狀出現之前，確定治療的目標人群。它們也可能更精確地告訴我們如何治療或預防這種疾病，或許可以透過阻止或遏制將大腦推向精神病的過程。
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大腦收縮
幾十年來，尋找精神分裂症根源的科學家們一直將目光投向可能以不良方式調整大腦的基因，甚至可以追溯到子宮中。一些後來患上精神分裂症的人很早就表現出特有的怪異行為——例如，行走或說話遲緩。然而，這種疾病不會影響嬰兒。任何早期的行為怪異現象只有在很久以後才會結晶成精神病症狀，根據加州大學洛杉磯分校醫學院的神經科學家泰隆·坎農（Tyrone Cannon）的說法，男性平均年齡為 18 歲，女性平均年齡為 25 歲。更重要的是，在一些年輕人中，症狀會突然出現。例如，一個受歡迎的優等生可能會突然退縮到自己的世界裡。因此，坎農和其他專家正在將他們的努力轉向檢查大腦在最終加速進入全面精神病狀態期間的情況。
幾年前，坎農和他的同事開始掃描精神病高風險青少年的大腦，這些人要麼表現出精神病症狀的細微跡象，要麼有精神病家族史，並且最近在學校或工作中遇到了問題。研究人員觀察了大腦如何隨時間變化，查明瞭大腦皮層（覆蓋其表面的部分）中收縮或擴張的區域，以及哪些型別的大腦物質正在消失。（特別是，他們測量了灰質，其中包含神經元的細胞體及其短分支。）他們想看到這些體積變化，因為之前的研究表明，患有完全精神分裂症的人在某些大腦區域明顯缺乏神經細胞組織。
2009 年，坎農和他的同事報告說，在 35 名高危年輕人（12 至 25 歲）中，一年內患上精神病的 12 名青少年，特別是他們的前額葉皮層的收縮程度遠高於未患病的 23 人。在過去的三年裡，作為北美前驅症狀縱向研究 (NAPLS) 的一部分，坎農的團隊擴大了他們的工作範圍，該研究由來自八所大學的研究團隊組成的聯盟正在研究新興的精神病。正如坎農在 APS 會議上報告的那樣，他和他的同事迄今為止掃描了 400 名青少年的大腦，其中約三分之二是高危人群。與健康的孩子相比，該團隊發現，有危險的青少年在年齡增長過程中，前額葉皮層和顳葉皮層（側面）中的灰質流失得更多。當他們觀察表面收縮時，也發現了同樣的模式。
此外，那些症狀在 12 個月內惡化的人的萎縮程度遠高於病情好轉的孩子。“那些患上精神病的人在前額葉區域以及顳葉皮層控制聽覺處理的部分表現出更陡峭的表面收縮，”坎農說，這種變化可能是導致聽幻覺的原因。
坎農正在測量的收縮可能反映了正常大腦發育的誇大，他說。在青春期和成年早期，大腦以驚人的速度修剪神經連線。這種修剪在大腦的前額葉皮層中尤其細緻，前額葉皮層是決策、計劃和衝動控制的中心，無疑是青少年轉變為更理性、規避風險的成年人的基礎。坎農說，在精神病的情況下，似乎有什麼東西將這種細胞修剪推向了超速運轉，導致連線的更快丟失——包括一些顯然能讓我們保持理智的連線。
缺乏連線
但灰質的斑點狀削減並不是該疾病唯一的早期解剖學跡象。被診斷患有精神分裂症的人也缺乏白質，白質是由稱為髓磷脂的絕緣鞘包裹的長神經纖維組成的物質，這些神經纖維連線著遙遠的大腦區域。隨著青春期灰質的收縮，大腦的白質會擴張。現在，坎農的團隊在 NAPLS 受試者中發現，隨著疾病的早期發展，白質未能發育。坎農在會議上宣佈，與正常大腦相比，在正常大腦中，白質從 12 歲到 25 歲穩步增長，但在高危人群中，這種增長並不那麼明顯。在隨著時間推移而惡化的青少年中，青少年時期的變化是難以察覺的。
白質的缺乏似乎削弱了控制情緒的關鍵大腦回路。坎農和他的同事還要求高危個體和健康對照組在掃描器內判斷面孔的情感內容。儘管這些人可以完美地完成這項任務，但他們的大腦反應異常。與低危個體相比，這些處於危險中的孩子在前額葉皮層中表現出活動受到抑制，前額葉皮層的主要工作是抑制其他大腦區域，並且伴隨著杏仁核（情感中心）的活動增加。這項工作和其他工作表明，在這些人中，抑制情緒的大腦回路沒有正常成熟。“在患者中，杏仁核處於無人監管的狀態，”坎農說。
坎農希望這些新發現不僅有助於更好地解釋這種疾病，還能使臨床醫生透過生成他們大腦的解剖學輪廓來準確預測誰會患上這種疾病。分析這些輪廓的機器學習演算法可能有一天會幫助人類標記出風險最高的青少年，以便他們能夠得到幫助。越來越多的資料表明，疾病越早被識別和治療，患者的預後就越好。從長遠來看，這些結果可能會為藥物的最佳分子靶點提供線索，這些藥物可以使大腦灰質和白質的發育重回正軌，從而在孩子們觸底之前阻止精神病的發展。
如果幾十年前，當我的叔叔還是青少年時，就有這種早期診斷和治療方法，它們可能會阻止他與精神分裂症的終生鬥爭。這種疾病最終使他失去了工作，並使他極難建立親密關係。但坎農等人的發現為未來那些遭受如此悲慘折磨的人們帶來了新的希望，他們的生活將比格倫更容易度過。
下週繼續。2 部分系列的第一部分