第一章　計算精神醫(yī)學概論

大腦是主管認知、情感以及行為功能的生物器官，大腦系統(tǒng)的異常可以導致精神疾病，如精神分裂癥、抑郁癥、自閉癥，等等。人類的大腦極為復雜，由多層次相互連接的神經(jīng)通路（neural circuit）和豐富的反饋環(huán)路（feedback loop）組成盤根錯節(jié)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（neural network）。因此大腦的結(jié)構(gòu)和功能無法只用直觀得來的數(shù)據(jù)加以解釋，實驗若沒有理論相扶持也難以真正解釋大腦是怎么工作的。

近年來，理論科學家、計算科學家與實驗科學家和臨床醫(yī)生合作，開始用理論和計算模型與實驗密切互動，研究神經(jīng)通路如何產(chǎn)生靈活多變的行為，以及神經(jīng)通路的受損如何引起精神疾病的癥狀。由此，“計算精神醫(yī)學（computational psychiatry）”這個跨學科的新領(lǐng)域誕生。

在這里，讓我們首先定義一下這個新學科。“計算精神醫(yī)學”是“計算神經(jīng)科學（computational neuroscience）”應(yīng)用到行為研究和精神病學的分支。那么，什么是“計算神經(jīng)科學”呢？就是用計算機科學的手段來研究神經(jīng)系統(tǒng)。一般是根據(jù)數(shù)學物理的理論建立被研究系統(tǒng)的模型，進而做出對該系統(tǒng)的解析和預測。成功的計算科學，需要理論學科與實驗學科自始至終的密切合作與互動，從用理論指導實驗的設(shè)計，選擇相應(yīng)的約束條件及參數(shù)來建構(gòu)模型，到在實驗中檢驗模型假說的真?zhèn)危治錾窠?jīng)科學實驗的結(jié)果，不斷用實驗結(jié)果反饋回來調(diào)整模型，最后達到對該系統(tǒng)的深入理解并做出最接近生物基礎(chǔ)的結(jié)論和預測。

本文的目的是概述計算神經(jīng)科學在精神醫(yī)學研究里的基本理念和應(yīng)用。