使用脑电图和皮层球体研究精神病性障碍中的神经损伤

探视严重精神疾病的根源

精神分裂症和双相情感障碍会严重干扰人的思维、情感和日常生活，但驱动这些疾病的生物学故障仍在被逐步揭示。这项研究将两种强有力的工具结合起来——来自活体成人的脑电波记录和用他们自身细胞在实验室培养的微型“迷你大脑”——以探索大脑细胞之间连接处出了什么问题，以及这些问题如何可能在生命早期就开始出现。

脑电波如何揭示脆弱的连接

研究人员首先在十名患有精神分裂症或双相情感障碍的人和五名健康志愿者头皮上记录了使用脑电图（EEG）得到的电活动。他们关注一种称为类似长期增强（LTP-like）可塑性的反应，这反映了大脑在重复视觉刺激下增强反应的能力，这是学习和记忆的基本要素。在患者组中，这种可塑性随时间衰减得比健康组更明显，暗示他们的大脑电路不太能够“调高”其反应。另一种EEG信号——不匹配负波（mismatch negativity），它反映大脑自动检测声音微小变化的能力——在这项小规模研究的组间并无差异，尽管更大规模的研究常发现其在此类疾病中减弱。综上，这些记录表明至少某些形式的突触适应在患有精神病性疾病的人中被削弱。

从皮肤细胞培养迷你大脑

为了更深入地观察，团队转向了人类皮层球体，通常称为迷你大脑。他们将每位参与者的皮肤细胞重编程为干细胞，然后诱导这些细胞发育成类似胎儿大脑皮层的三维脑组织团块。这些球体主要包含使用神经递质谷氨酸相互交流的兴奋性神经元。研究人员用微小的玻璃电极测量这些细胞发放电信号以及向邻近细胞传递电流的难易程度。来自双相情感障碍患者的神经元需要更强的输入才能发放信号，表明它们的兴奋性较低。在来自精神分裂症患者的球体中，自发到达的输入信号强度较小，提示神经元在网络内通信的方式早期就发生了变化。

减弱的谷氨酸装载与疲惫的能量工厂

研究小组随后对迷你大脑中的关键蛋白进行了染色。其一名为VGLUT1的蛋白将谷氨酸装入在突触处释放的小囊泡中。与对照组相比，来自精神分裂症和双相情感障碍患者的球体中富含VGLUT1的细胞都更少，指向一个共同的缺陷——负责装载谷氨酸以供释放的机制受损。因为发送信号耗能很大，研究者还通过测量球体切片中的氧气消耗和酸产生情况来检查细胞的微小“发电厂”——线粒体。尤其是在对锂治疗反应不佳的双相患者中，迷你大脑显示出较低的基础氧消耗，这表明线粒体活性降低；而在这份小样本中，来自精神分裂症患者的样本在能量指标上相对正常。

将脑电信号与细胞能量联系起来

最后，科学家们考察了脑电波差异是否与来自同一位个体培养出的迷你大脑差异相关。在参与者间，那些EEG显示出更强LTP-like可塑性的人，其迷你大脑往往具有更高的基础线粒体呼吸率，意味着能量生产更活跃。还有迹象表明更高的VGLUT1水平与更好的可塑性相关。尽管在考虑多重比较后这些趋势未能达到严格的统计显著性阈值，但它们支持这样一种观点：健康的突触增强依赖于健全的线粒体功能和完整的谷氨酸处理，而这些关系在后来发展为精神病的人群中可能在早期发育阶段就已被改变。

这对理解精神病意味着什么

对非专业读者而言，这项工作的要点是：像精神分裂症和双相情感障碍这样的严重精神疾病可能在脑细胞信号传递和能量供应方面存在一些共同且早期出现的缺陷。迷你大脑提示，在出现症状之前很久，一些神经元可能释放更少的谷氨酸并依赖效率较低的能量供应，而EEG记录显示成年大脑微调其反应的能力减弱。尽管该研究样本量小且实验室培养的组织更像发育中的大脑而非成熟大脑，将活体脑信号与个体化迷你大脑结合起来为探索精神病根源提供了有前景的视角，并可能最终指导旨在恢复突触功能和细胞能量的更有针对性的治疗。

引用: Reis de Assis, D., Pentz, A.B., Requena Osete, J. et al. Investigating neural impairments in psychotic disorders using electroencephalography and cortical spheroids. Transl Psychiatry 16, 114 (2026). https://doi.org/10.1038/s41398-026-03863-4

关键词: 精神分裂症, 双相情感障碍, 脑类器官, 突触可塑性, 线粒体