青少年腦神經(jīng)發(fā)展機(jī)制及其相關(guān)行為障礙和精神疾病

青少年腦神經(jīng)發(fā)展機(jī)制

及其相關(guān)行為障礙和精神疾病華東師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究所InstituteofCognitiveNeuroscience,ECNU研究目的從基因﹑分子﹑神經(jīng)﹑行為和環(huán)境等多個(gè)研究層面，利用現(xiàn)代行為遺傳學(xué)和腦成像技術(shù)，研究青少年期神經(jīng)系統(tǒng)的正常發(fā)育和重塑的動(dòng)態(tài)過程以及在非正常狀態(tài)下導(dǎo)致行為障礙和精神疾病的神經(jīng)發(fā)展（neurodevelopmental）機(jī)制?；谡J(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的研究成果，設(shè)計(jì)對(duì)青少年行為障礙和精神疾病早期識(shí)別的數(shù)量檢測(cè)模型。青少年在肌肉速度力度，免疫能力，對(duì)冷熱饑餓等極端環(huán)境的適應(yīng)能力，創(chuàng)傷再生和修復(fù)能力上迅速發(fā)展并達(dá)到頂峰。個(gè)體的反應(yīng)速度，推理能力，記憶能力在青少年期逐步發(fā)展并達(dá)到頂峰。然而，世界衛(wèi)生組織報(bào)告：

意外事故，自殺，暴力，吸毒，酗酒，成癮等行為障礙比例在青少年期顯著上升。青少年期是精神分裂，長(zhǎng)期抑郁等重大精神疾病的首發(fā)期和高發(fā)期。青少年期的總體傷亡率比兒童期增長(zhǎng)200%~300%。青少年期：機(jī)遇與危機(jī)青少年期

大腦發(fā)育和可塑性的影像學(xué)研究

美國(guó)國(guó)立精神研究中心的Gieddetal(2006,2007)用sMRI發(fā)現(xiàn)青春期前后伴隨著大腦部分結(jié)構(gòu)的體積迅速增大，繼而重新縮減的過程。這一過程可能與大腦結(jié)構(gòu)可塑性和突觸剪切（pruning)有關(guān)。Sowell(1999)發(fā)現(xiàn)不同大腦結(jié)構(gòu)的成熟有一個(gè)時(shí)間差。其中掌管決策，執(zhí)行，注意和抑制的前額葉皮層的成熟明顯晚于大腦的其他結(jié)構(gòu),并且發(fā)育歷時(shí)最長(zhǎng)。前額葉皮層與其他大腦機(jī)構(gòu)的功能整合，尤其是對(duì)amygdala和limbicsystem等情緒機(jī)構(gòu)的監(jiān)督調(diào)控成為當(dāng)前研究大腦成熟過程的熱點(diǎn)問題。相應(yīng)的fMRI研究還剛剛起步。精神疾病的遺傳和神經(jīng)發(fā)展研究大量雙生子，家庭譜系和流行病學(xué)數(shù)據(jù)支持精神疾病的遺傳基礎(chǔ)，以及環(huán)境創(chuàng)傷在神經(jīng)發(fā)育關(guān)鍵期對(duì)精神疾病的影響。目前已被識(shí)別的與行為障礙和精神疾病相關(guān)的基因包括，Ca++-independentcelladhesionmoleculesNCAM和L1,位于人類染色體22,位置q11的多個(gè)基因,signaling分子Neuregulin

和它的受體Erb4(Lewisetal.2003).這些基因都作用于神經(jīng)發(fā)展的關(guān)鍵階段,包括neuralprecursorproliferation,neuronalmigration,axonalanddendriticelaboration,以及突觸形成。高分辨率大腦影像技術(shù)為精神疾病的神經(jīng)發(fā)展機(jī)制研究提供了前所未有的可能性。用影像技術(shù)長(zhǎng)期追蹤神經(jīng)結(jié)構(gòu)和功能變化的軌跡對(duì)了解大腦正常發(fā)育過程和精神疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制具有關(guān)鍵的意義。但由于技術(shù)，資金和各種規(guī)范條例的限制，國(guó)際上的有關(guān)研究往往樣本過小，追蹤時(shí)間過短，數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重。研究結(jié)果彼此沖突。研究重要性國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要將“腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)”列為8大科學(xué)前沿問題之一，并將腦重大疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)理，腦發(fā)育、可塑性與人類智力的關(guān)系列為主要研究任務(wù)。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)也已將“腦科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)”列入優(yōu)先資助領(lǐng)域，提出在“十一五”期間，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科交叉與整合性研究，重點(diǎn)支持腦與行為的關(guān)系研究等。上海市制定的中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃將“腦發(fā)育和可塑性及腦高級(jí)認(rèn)知功能”作為基礎(chǔ)科學(xué)研究的主要任務(wù)之一。

大腦發(fā)育和可塑性的神經(jīng)科學(xué)研究,是國(guó)家和上海市中長(zhǎng)期科技發(fā)展的重點(diǎn)支持方向與優(yōu)先資助領(lǐng)域。社會(huì)意義

我國(guó)精神疾病患病率近年來呈明顯上升趨勢(shì)，15歲以上人口中重性精神病患者總數(shù)約有1600萬人，15歲以下各類精神疾病患者約有3000萬人。精神和神經(jīng)疾病在我國(guó)疾病總負(fù)擔(dān)中排名首位，約占疾病總負(fù)擔(dān)的20%。多數(shù)行為障礙和精神疾病在青少年期首發(fā)，若不及時(shí)識(shí)別與干預(yù)，往往導(dǎo)致終身殘障?！笆晃濉眹?guó)家科技支撐計(jì)劃將精神疾病和行為障礙列為重大攻關(guān)項(xiàng)目，強(qiáng)調(diào)“全面研究精神疾病和行為障礙的發(fā)生發(fā)展規(guī)律、表現(xiàn)特征及其可能的生物、心理和社會(huì)學(xué)影響因素，開發(fā)出一整套高效實(shí)用的早期識(shí)別方法與技術(shù)”。青少年行為障礙和精神疾病的早期識(shí)別干預(yù)具有重大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，對(duì)提高人類素質(zhì)與建設(shè)和諧社會(huì)有積極意義。研究?jī)?nèi)容包括精神疾病在內(nèi)的復(fù)雜行為是基因、分子、細(xì)胞、神經(jīng)回路和行為多系統(tǒng)、多層面的網(wǎng)絡(luò)作用的結(jié)果；是遺傳基礎(chǔ)和后天發(fā)育、發(fā)展環(huán)境交互作用的結(jié)果（美國(guó)能源部“生命基因組計(jì)劃”）。

基于這種認(rèn)識(shí)，對(duì)行為障礙和精神疾病的研究已從分析單個(gè)現(xiàn)象發(fā)展到研究“現(xiàn)象”、“系統(tǒng)”、“分子”、“基因”諸多縱向?qū)用娴南嗷プ饔茫⒆罱K使遺傳學(xué)、心理學(xué)、成像學(xué)、醫(yī)學(xué)等基礎(chǔ)研究和臨床及社會(huì)應(yīng)用能直接有機(jī)地融合在一起。多層面，多學(xué)科的系統(tǒng)研究手段了解青少年期神經(jīng)系統(tǒng)的正常發(fā)育和重塑的動(dòng)態(tài)過程，及在非正常狀態(tài)下導(dǎo)致行為障礙和精神疾病的機(jī)制。多層面多學(xué)科系統(tǒng)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)基因行為障礙和精神疾病行為遺傳學(xué)研究計(jì)量遺傳學(xué)連鎖研究關(guān)聯(lián)研究微陣列分析

動(dòng)物模型表現(xiàn)型的組分分析sMRI,fMRI,DTI

嬰兒神經(jīng)發(fā)展與可塑性大腦環(huán)境青年少年兒童老年成年腦成像學(xué)研究

整合多種高精度的腦成像方法事件相關(guān)腦電：伴隨功能活動(dòng)的皮層腦電活動(dòng)彌散張量磁共振成像：確定神經(jīng)投射回路，估價(jià)神經(jīng)髓鞘化程度

波譜磁共振成像:腦代謝水平

P3功能磁共振成像：伴隨功能活動(dòng)的激活定位，記錄激活水平和范圍。結(jié)構(gòu)磁共振成像：測(cè)量皮層厚度，結(jié)構(gòu)定位，大小，形狀，溝回寬度采用影像技術(shù)跟蹤神經(jīng)發(fā)展軌跡高分辨率大腦影像技術(shù)，如sMRI,fMRI,MRS,DTI，能有效定點(diǎn)異常神經(jīng)結(jié)構(gòu)和功能激活模式。因?yàn)橄鄬?duì)安全，可在in-vivo狀態(tài)下長(zhǎng)期追蹤神經(jīng)發(fā)展和變化軌跡。作為定量化的表現(xiàn)型組分分析，可有效克服了有