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《國家科學評論》（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。該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心顧勇研究組、上海交通大學醫(yī)學院附屬精神衛(wèi)生中心王繼軍團隊以及臨港實驗室程志仙研究組合作完成。該團隊開發(fā)了一套眼動測試工具包，發(fā)現(xiàn)了精神活性藥物PCP和氯胺酮誘導獼猴產生了與精神分裂癥患者相似的眼動異常，在高維度的眼動參數空間中可區(qū)分不同藥物（PCP、氯胺酮和生理鹽水）誘導的狀態(tài)，且該區(qū)分能力在不同個體之間可以遷移。結果表明，該眼動測試工具包可建立精神疾病的動物模型，有望為新治療方法的評估提供支持。

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)病機制尚未完全闡明，原因在于無法在病人身上進行各種侵入式的探測。因此，建立有效的動物模型可彌補現(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標志物，使得精神分裂癥的診斷依賴于主觀的癥狀描述和心理評估工具，這對精神疾病動物模型的建立帶來了挑戰(zhàn)。 

眼球運動在認知、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異常，包括掃視，注視，平滑追蹤和自由視圖等。透過這些眼動異常，科研人員可更全面地探究精神分裂癥的神經生物學基礎。此外，研究顯示利用眼動可有效識別精神分裂癥（準確率超過90%），表明眼動可作為有效的生物學標志物。 

相比其他模型動物（如嚙齒類動物），非人靈長類動物獼猴在大腦結構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的大腦回路?；诖?，顧勇研究組開發(fā)出應用在獼猴模型上的眼動測試工具包，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、微掃視和瞳孔反應等多項眼動數據。

研究發(fā)現(xiàn)，盡管動物之間存在個體差異，但PCP和氯胺酮兩種藥物均產生了顯著而相似的效應，具體包括掃視啟動滯后、速度降低、持續(xù)時間增加，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)時間增加；瞳孔反應減弱。這些眼動異常與精神分裂癥患者的眼動異常相似。

進一步，科研人員在高維度的眼動空間中，利用基于主成分分析和多分類支持向量機的分類方法，區(qū)分出不同藥物（生理鹽水、PCP和氯胺酮）誘導的狀態(tài)，準確率達93.4％（如圖）。

同時，該分類模型允許數據在不同的受試者之間進行遷移，即使用一個個體的數據來訓練解碼器，在另一個個體的數據上進行測試時，仍可取得較高的性能。該研究為未來臨床應用（如新的藥物和物理治療手段的評估）提供了潛在價值。

研究工作得到上海市、中國科學院、科學技術部和國家自然科學基金委員會的支持。

（A） 顯示了主成分（PCs）（最多到第15個PC）的散點圖，以及通過單因素方差分析（ANOVA）計算出的主成分的顯著性（綠色）。（B）由第1、第3和第10個主成分繪制的散點圖；（C）加載在第1、第3和第10個主成分上的不同眼動參數的權重。（D） 基于兩只動物混合數據的多類支持向量機（SVM）分類器的交叉驗證結果。（E） 個體間解碼結果。