Deficient Belief Updating as a Convergent Computational Mechanism of Psychosis

信念更新不足作为精神病的收敛计算机制

基本信息

项目摘要

The psychotic syndrome of schizophrenia, comprising hallucinations and delusions, remains one of the most  devastating and costly medical conditions in the US and worldwide. Despite progress in the understanding of its  neurobiology, a unifying mechanism remains elusive. Elucidating such mechanism would be a major advance in  medicine, as it would provide a scientific explanation to symptoms that have long been considered synonymous with  irrationality. This would contribute to de-­stigmatization of mental illness. It would also potentially lead to important  public health benefits by identifying novel targets that could enable new treatments for a substantial proportion of  patients (~1/3) who do not respond to or tolerate current treatments. Previous work has separately studied the  substrates of hallucinations (false percepts without corresponding stimuli) and of delusions (false ideas that are  maintained with high conviction despite contradictory evidence). However, recent theories of the brain suggest that  perception and ideation are part of a unitary process, whereby the brain generates and updates internal predictive  models of the external world, that can explain both our idiosyncratic perceptual experiences and how we reach certain  conclusions or ideas based on these experiences. Extensions of these ‘Bayesian’ theories have been proposed to  explain pathological abnormalities in perception (e.g., hallucinations) and ideation (e.g., delusions) in psychosis as  deriving from a common deficit. We suggest that this common deficit is a dopamine-­related deficit in updating of  beliefs (defined via computational modeling) given excessive reliance of prior beliefs relative to new sensory evidence.  We posit that this deficit can occur at two different levels of a hierarchy: a lower level (in sensory cortex) abnormalities  in which would cause hallucinations, and a higher level (higher-­order prefrontal and parietal cortices supporting  inference) abnormalities in which would cause delusions. We propose a converging approach to directly test this novel  model it by leveraging cutting-­edge tools in computational neuroscience applied to functional neuroimaging (fMRI) and  behavioral tools designed to dissect hierarchical belief updating. Specifically, we hypothesize a behavioral and neural  double dissociation whereby deficits in the former will be specifically associated with severity of hallucinations while  deficits in the latter will be specifically associated with severity of delusions in unmedicated patients with  schizophrenia. By anchoring our model on the well-­established dopamine dysfunction in psychosis, we will explain  how increased dopamine in the midbrain (specifically, in the nigrostriatal pathway, here measured via a novel, high-­ resolution imaging technique known as neuromelanin-­sensitive MRI) alters common neural computations leading to  psychotic symptoms (i.e., how it results in deficient belief updating at low and high levels, leading to hallucinations and  delusions, respectively). Finally, we will define neural targets to set up future work developing novel neuromodulation  approaches aimed at normalizing belief updating deficits downstream from dopamine abnormalities. Thus, we will  establish novel downstream mechanisms of psychosis that can be further dissected in preclinical work and can be  directly targeted in humans depending on individuals’ symptom profiles.
精神分裂症的精神病综合征,完成幻觉和妄想,仍然是最多的一种 在美国和全球,毁灭性和昂贵的医疗状况。尽管在理解它的理解方面取得了进步 神经生物学,一种统一的机制仍然弹性。阐明这种机制将是 医学,这将为长期以来被认为是代名词的症状提供科学解释 非理性。这将导致精神疾病的污名化。这也可能导致重要 通过确定可以实现新的治疗的新目标来获得很大一部分 不反应或容忍当前治疗的患者(〜1/3)。以前的工作已经分别研究了 幻觉的基材(没有相应刺激的错误感知)和妄想(错误的想法 尽管有矛盾的证据,但仍以高度的信念维持)。但是,大脑的最新理论表明 感知和构想是统一过程的一部分,大脑会产生和更新内部预测性 外部世界的模型,可以解释我们特质的感知体验以及我们如何达到一定 基于这些经验的结论或想法。已经提出了这些“贝叶斯”理论的扩展 解释感知的病理异常(例如,幻觉)和念头(例如,妄想)的精神病(例如妄想) 源于常见赤字。我们建议这种常见的赤字是多巴胺相关的赤字 相对于新的感觉证据,信念(通过计算建模定义)过度缓解先前信念。 我们认为这种赤字可以在两个不同级别的层次结构上发生:较低级别(在感觉皮层)异常 其中会引起幻觉,并具有更高的水平(支撑的高阶前额叶和顶叶皮层 推论)异常会引起妄想。我们提出了一种直接测试这本小说的融合方法 通过利用用于功能神经影像学(fMRI)和 行为工具旨在剖析层次信念更新。特别是,我们假设行为和神经 双重解离,因此前者的默认值将特别与幻觉的严重程度有关 拉特斯特的缺陷将特别与未经药物的患者的妄想严重程度有关 精神分裂症。通过将我们的模型锚定在精神病中良好的多巴胺功能障碍上,我们将解释 中脑中多巴胺的增加如何(具体来说,在黑质途径中,这里通过一种新型高级测量 分辨率成像技术称为神经元素敏感的MRI)改变了常见的神经计算,导致 精神病症状(即,它如何导致低水平和高水平的确定信念更新,从而导致幻觉和 妄想,相对)。最后,我们将定义神经目标以建立未来的工作开发新的神经调节 旨在使信仰更新多巴胺异常下游缺陷的方法归一化的方法。那我们会的 建立可以在临床前工作中进一步阐述的精神病的新型下游机制,可以是 取决于个人的症状特征,直接针对人类。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
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专利数量(0)
Introspective inference counteracts perceptual distortion.
  • DOI:
    10.1038/s41467-023-42813-2
  • 发表时间:
    2023-11-29
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Mihali, Andra;Broeker, Marianne;Ragalmuto, Florian D. M.;Horga, Guillermo
  • 通讯作者:
    Horga, Guillermo
Detecting Pharmacologically Induced Serotonin Release in Depression With Positron Emission Tomography Imaging: A New Approach.
用正电子发射断层扫描成像检测抑郁症中药物诱导的血清素释放:一种新方法。
  • DOI:
    10.1016/j.biopsych.2023.04.008
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.6
  • 作者:
    Slifstein,Mark;Abi-Dargham,Anissa
  • 通讯作者:
    Abi-Dargham,Anissa
Effects of Hallucination Proneness and Sensory Resolution on Prior Biases in Human Perceptual Inference of Time Intervals.
幻觉倾向和感官分辨率对人类感知时间间隔推断中先验偏差的影响。
  • DOI:
    10.1523/jneurosci.0692-22.2023
  • 发表时间:
    2023-07-19
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Duhamel, Emeline;Mihali, Andra;Horga, Guillermo
  • 通讯作者:
    Horga, Guillermo
The Quest for a Selective Mapping Between Striatal Dopamine Subcircuits and Psychosis Symptoms.
寻求纹状体多巴胺亚电路和精神病症状之间的选择性映射。
Reliability and Reproducibility of Neuromelanin-Sensitive Imaging of the Substantia Nigra: A Comparison of Three Different Sequences.
  • DOI:
    10.1002/jmri.27384
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    van der Pluijm M;Cassidy C;Zandstra M;Wallert E;de Bruin K;Booij J;de Haan L;Horga G;van de Giessen E
  • 通讯作者:
    van de Giessen E
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