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《國家科學(xué)評(píng)論》（National?Science?Review）在線發(fā)表了題為Decoding Effects of Psychoactive Drugs in a High-Dimensional Space of Eye Movements in Monkeys的研究論文。該研究由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心顧勇研究組、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心王繼軍團(tuán)隊(duì)以及臨港實(shí)驗(yàn)室程志仙研究組合作完成。該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一套眼動(dòng)測(cè)試工具包，發(fā)現(xiàn)了精神活性藥物PCP和氯胺酮誘導(dǎo)獼猴產(chǎn)生了與精神分裂癥患者相似的眼動(dòng)異常，在高維度的眼動(dòng)參數(shù)空間中可區(qū)分不同藥物（PCP、氯胺酮和生理鹽水）誘導(dǎo)的狀態(tài)，且該區(qū)分能力在不同個(gè)體之間可以遷移。結(jié)果表明，該眼動(dòng)測(cè)試工具包可建立精神疾病的動(dòng)物模型，有望為新治療方法的評(píng)估提供支持。

精神分裂癥（schizophrenia）是具有破壞力的精神疾病，表現(xiàn)為感知、思維、情感和行為等方面的異常。目前，精神分裂癥的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，原因在于無法在病人身上進(jìn)行各種侵入式的探測(cè)。因此，建立有效的動(dòng)物模型可彌補(bǔ)現(xiàn)有研究方法的局限性。然而，精神分裂癥缺乏明確的生物學(xué)標(biāo)志物，使得精神分裂癥的診斷依賴于主觀的癥狀描述和心理評(píng)估工具，這對(duì)精神疾病動(dòng)物模型的建立帶來了挑戰(zhàn)。 

眼球運(yùn)動(dòng)在認(rèn)知、情緒以及其他心理過程中具有重要作用。精神分裂癥患者普遍存在各種眼動(dòng)異常，包括掃視，注視，平滑追蹤和自由視圖等。透過這些眼動(dòng)異常，科研人員可更全面地探究精神分裂癥的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)。此外，研究顯示利用眼動(dòng)可有效識(shí)別精神分裂癥（準(zhǔn)確率超過90%），表明眼動(dòng)可作為有效的生物學(xué)標(biāo)志物。 

相比其他模型動(dòng)物（如嚙齒類動(dòng)物），非人靈長類動(dòng)物獼猴在大腦結(jié)構(gòu)和功能上與人類更相似，因此更可能出現(xiàn)類似于人類的精神障礙。人類和獼猴擁有幾乎相同的控制眼動(dòng)的大腦回路。基于此，顧勇研究組開發(fā)出應(yīng)用在獼猴模型上的眼動(dòng)測(cè)試工具包，收集了獼猴在注射精神活性藥物PCP和氯胺酮前后掃視、平滑追蹤、注視、微掃視和瞳孔反應(yīng)等多項(xiàng)眼動(dòng)數(shù)據(jù)。

研究發(fā)現(xiàn)，盡管動(dòng)物之間存在個(gè)體差異，但PCP和氯胺酮兩種藥物均產(chǎn)生了顯著而相似的效應(yīng)，具體包括掃視啟動(dòng)滯后、速度降低、持續(xù)時(shí)間增加，且正確率降低；平滑追蹤速度增益降低；注視不穩(wěn)定；微掃視偏向下視野，且速度和持續(xù)時(shí)間增加；瞳孔反應(yīng)減弱。這些眼動(dòng)異常與精神分裂癥患者的眼動(dòng)異常相似。

進(jìn)一步，科研人員在高維度的眼動(dòng)空間中，利用基于主成分分析和多分類支持向量機(jī)的分類方法，區(qū)分出不同藥物（生理鹽水、PCP和氯胺酮）誘導(dǎo)的狀態(tài)，準(zhǔn)確率達(dá)93.4％（如圖）。

同時(shí)，該分類模型允許數(shù)據(jù)在不同的受試者之間進(jìn)行遷移，即使用一個(gè)個(gè)體的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練解碼器，在另一個(gè)個(gè)體的數(shù)據(jù)上進(jìn)行測(cè)試時(shí)，仍可取得較高的性能。該研究為未來臨床應(yīng)用（如新的藥物和物理治療手段的評(píng)估）提供了潛在價(jià)值。

研究工作得到上海市、中國科學(xué)院、科學(xué)技術(shù)部和國家自然科學(xué)基金委員會(huì)的支持。

（A） 顯示了主成分（PCs）（最多到第15個(gè)PC）的散點(diǎn)圖，以及通過單因素方差分析（ANOVA）計(jì)算出的主成分的顯著性（綠色）。（B）由第1、第3和第10個(gè)主成分繪制的散點(diǎn)圖；（C）加載在第1、第3和第10個(gè)主成分上的不同眼動(dòng)參數(shù)的權(quán)重。（D） 基于兩只動(dòng)物混合數(shù)據(jù)的多類支持向量機(jī)（SVM）分類器的交叉驗(yàn)證結(jié)果。（E） 個(gè)體間解碼結(jié)果。