灵长类大脑皮层在进化中不断扩张,最突出的部分是大脑前部,也就是前额叶皮层,简称PFC。PFC让人类认知能力大幅提升,但也可能部分解释了:为什么人类精神疾病这么多、这么复杂。
几乎所有精神疾病,还有很多神经疾病,都和PFC功能出问题有关。所以,理解PFC在健康和疾病中如何参与认知和情绪,成了科学、神经科学和精神病学的核心目标。
PFC有几个特点,和精神疾病关系很大。
第一,PFC包含很多亚区,至少20个,也叫布罗德曼区。这些区域按“细胞构筑”划分。所谓细胞构筑,就是不同类型神经细胞和其他细胞怎么排列、怎么连接。不同排列可能支持不同计算,产生不同输出和功能。
通常把PFC分成两组:腹内侧和眶额区域,主要管情绪和动机;外侧PFC区域,主要管认知功能,比如工作记忆、认知灵活性、行为抑制。这些属于执行功能或认知控制,也是很多决策的关键。PFC左右不对称,让功能更专门化。比如语言产生和理解,也就是布罗卡区。
PFC最前端叫额极,它最能把人类和其他灵长类区分开。它的功能更高级,比如规划复杂步骤、多任务、创造性思维。最近一个共识是:PFC功能呈梯度,从后往前,基本执行功能越来越复杂。即使是相对原始的小鼠PFC,最近也发现类似的细胞和基因表达梯度,也就是转录组学,对应和精神疾病有关的行为功能。
另一个重要特点:PFC控制大脑其他区域。它和所有主要脑系统都有解剖连接,包括后部大脑皮层的感觉和联合区、运动皮层、海马和杏仁核等边缘结构、下丘脑和垂体-肾上腺轴,还包括脑干和中脑的上行神经递质系统。这些系统调节应激和觉醒,比如胆碱能、单胺能(多巴胺、去甲肾上腺素、5-羟色胺)系统。前扣带皮层和更“颗粒状”的PFC关系密切,它通常被看作额叶执行网络的重要中继。
有些功能网络,比单纯解剖分析更重要。比如默认模式网络,简称DMN。它包括内侧前额叶皮层,连着后扣带皮层和楔前叶。DMN参与自传体记忆、自我概念、走神等内省功能。这些元认知因素,明显参与精神病症状、抑郁反刍、ADHD注意力缺陷。
一个关键新问题:网络各节点到底怎么产生输出?不同网络又怎么互动?对PFC来说,不同亚区怎么动态互动,产生行为?
传统神经影像很难回答。需要极高时间分辨率技术,比如人类脑磁图。或者,用现代电生理、光遗传和化学遗传技术对非人灵长类进行研究,它们和人类有很多同源PFC亚区。最近一个突出例子,用化学遗传操作追踪新世界狨猴PFC的选择性功能效应。这和人类抑郁有关。
有了这些背景,就更容易理解,为什么PFC在精神分裂症、抑郁、成瘾、自闭症、ADHD、强迫症、PTSD、额颞叶痴呆等疾病中这么突出。这些病的复杂症状,主要是认知或情绪性质。大量研究在问:疾病怎么影响认知功能?比如,ADHD的冲动和OCD的强迫,部分可解释为PFC执行认知控制失败。
疾病分类常被共病和DSM-5等分类系统的矛盾搞复杂。这提示,诊断要更维度化,把疾病看作亚型和谱系,而不是非黑即白。在机器学习和人工智能时代,也许最终能把精神疾病和易感条件,表达成复杂算法。这种计算方法,可能解决整合难题:把遗传、蛋白质组、免疫、细胞、神经化学、神经网络、行为(比如特定执行功能)等因素,和临床症状、治疗反应等临床标准结合起来。
PFC成熟晚。这可能导致控制不稳定,让早期心理生活特别容易发生精神疾病。比如,大脑缺少应对压力的适应性机制。很多精神疾病,如OCD和抑郁,可能涉及PFC亚区过度活跃。过度活跃也会导致功能损害,和活动不足或损伤一样明显。
过度活跃可能来自兴奋性(谷氨酸)神经元和抑制性(GABA)局部中间神经元失衡,然后引起变化,比如深吸引子网络变化,可能导致强迫观念和反刍等精神症状。PFC成熟可能受多种遗传和环境因素控制。在生命另一端,PFC代谢需求高,特别容易发生神经退行性疾病,比如额颞叶痴呆。
从病因看,PFC损害可能直接引起症状,也可能放大症状。最近研究提示,精神疾病有一个共同神经网络,和额叶执行功能有很多共同点。于是有人提出精神病理(p)或神经精神病理(NP)因素。这能解释一些跨诊断症状,所以有共病存在。
很多当前精神药物治疗,以及认知治疗,可能通过影响PFC网络起作用。比如,致幻剂裸盖菇素可能让DMN重新布线。未来,治疗需要高神经网络特异性,改进的神经调控技术,比如脑深部刺激,可能实现这一点。该抑制就抑制,该刺激就刺激。
期待更多激动人心的挑战,比如化学遗传刺激,还有无创经颅磁刺激、聚焦超声、时间干涉等方法,它们会继续让PFC站在未来神经精神研究的前沿。
前额叶让我们聪明,也可能让我们脆弱。看懂它,才能看懂精神疾病。
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