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症,包括幻觉和妄想,仍然是最严重的精神病综合症之一。 尽管人们对其的了解有所进展,但美国和世界各地的医疗状况却是毁灭性的、代价高昂的。 在神经生物学中,统一的机制仍然难以捉摸。阐明这种机制将是神经生物学领域的重大进步。 医学,因为它将为长期以来被认为与疾病同义的症状提供科学的解释 这也将有助于消除精神疾病的污名化。 通过确定新的目标,可以为很大一部分患者提供新的治疗方法,从而造福公共健康 患者(~1/3)对当前的治疗没有反应或耐受。之前的工作已经单独研究过 幻觉(没有相应刺激的错误知觉)和妄想(错误的想法 尽管证据相互矛盾,但人们仍然坚信这一点)然而,最近的大脑理论表明, 感知和构思是统一过程的一部分,大脑通过该过程生成并更新内部预测 外部世界的模型,可以解释我们特殊的感知体验以及我们如何达到某些目标 基于这些经验的结论或想法已被提出来扩展这些“贝叶斯”理论。 将精神病中知觉(例如幻觉)和意念(例如妄想)的病理异常解释为 源自常见的缺陷。我们认为这种常见的缺陷是与多巴胺相关的更新缺陷 信念(通过计算模型定义)过度依赖先前的信念相对于新的感官证据。 我们假设这种缺陷可能发生在一个层次结构的两个不同级别:较低级别(在感觉皮层)异常。 其中会引起幻觉,并且更高级别(高阶前额叶和顶叶皮质支持 推理)会导致妄想的异常现象。我们提出了一种聚合方法来直接测试这部小说。 利用计算神经科学中应用于功能神经成像 (fMRI) 的尖端工具对其进行建模, 旨在剖析等级信念更新的行为工具。具体来说,我们假设行为和神经。 双重解离,前者的缺陷将与幻觉的严重程度具体相关,而 后者的缺陷将与未接受药物治疗的患者妄想的严重程度特别相关。 通过将我们的模型锚定在精神病中公认的多巴胺功能障碍上,我们将解释精神分裂症。 中脑中的多巴胺(特别是黑质纹状体通路中的多巴胺)如何增加,这里通过一种新颖的高- 分辨率成像技术(称为神经黑色素敏感 MRI)改变了常见的神经计算,导致 精神病症状(即,如何导致低水平和高水平的信念更新不足,导致幻觉和 最后,我们将定义神经目标,以开展未来开发新型神经调节的工作 旨在使信念正常化、更新多巴胺异常下游缺陷的方法。 建立新的精神病下游机制,可以在临床前工作中进一步剖析,并且可以 根据个人的症状特征直接针对人类。

项目成果

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