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背景：精神分裂症(schizophrenia)是一种常见的病因未明的重性精神障碍,常伴有特殊的知觉、思维、情感和行为等方面的障碍以及精神活动与环境的不协调性,病程迁延,临床表现多样。认知功能损害是精神分裂症的核心症状之一,而执行功能是认知功能的综合体现,执行功能障碍主要源于大脑前额叶皮层(prefrontal cortex, PFC)功能的异常改变,主要表现为难以形成、制定、完善与执行计划,以及纠正错误的能力降低,以致不能有效地处理或解决问题。伦敦塔(the tower of London, TOL)任务是测试问题解决能力的一个经典范式,个体在伦敦塔任务测试中的表现与其执行功能水平有关,同时TOL任务的难度也会影响到测试结果。近红外光谱成像(near-infrared spectroscopy, NIRS)是一种很实用的无创性脑功能成像方法,能够实时测定不同脑皮质区的血氧浓度和局部血容量的变化,从而实现活体在认知加工状态下的脑功能动态监测。目的：①比较精神分裂症患者与健康人的执行功能水平及其与精神症状的相关性。②研究精神分裂患者与健康人在不同难度TOL任务下的PFC激活水平与激活模式,并分析TOL任务难度对前额叶功能的影响,探讨精神分裂症患者PFC改变与执行功能障碍的关系。方法：①40名精神分裂症患者与40名健康对照按诊断分成两组进行电子版TOL任务测试,记录答题反应时间和正确答题数,并用阳性与阴性症状量表(positive and negative syndrome scale, PANSS)对患者进行评分。按照任务至少需要移动的步数的多少(1-6步),比较两组受试者在TOL任务测试中的表现以及患者组精神症状评分与TOL任务测试结果的关系。②将TOL任务分为容易任务、中等任务和困难任务三个难度等级,作为实验组块设计中的刺激任务,记录答题反应时间和正确答题数,使用28个通道NIRS系统进行实时信号采集,监测受试者PFC的血流动力学变化和血氧浓度改变,用PANSS对患者进行评分,比较两组受试者在三种不同难度TOL测试中的表现以及患者组精神症状评分与TOL任务测试结果的关系,并对两组受试者PFC激活水平与激活模式的差异进行分析比较。结果：①精神分裂症患者组1-4步TOL任务的正确答题数明显低于健康对照组(P<0.05),而5步和6步TOL任务的正确答题数与健康对照组无明显差异；精神分裂症患者组在1-6步TOL任务的反应时间均长于健康对照组(P<0.05)；完成1-4步TOL任务的反应时间与阴性症状得分及认知缺损得分之间呈正相关(P<0.05),而3步和4步伦敦塔任务的正确答题数与阴性症状得分及认知缺损得分之间呈负相关(P<0.05)；总的正确答题数与认知缺损得分之间呈负相关(P<0.05)。②行为数据结果：精神分裂症患者组三个难度等级TOL任务测试的正确答题数均明显少于健康对照组(P<0.05),反应时间均明显长于健康对照组(P<0.05)；精神分裂症患者组中等任务的正确答题数与阴性症状得分之间呈负相关(P<0.05),而容易任务和中等任务的反应时间与阴性症状得分呈正相关(P＜0.05)。NIRS数据结果：健康对照组PFC的绝大部分区域在三个不同难度TOL任务期均出现明显激活；精神分裂症患者只有在容易任务期,PFC的绝大部分区域出现明显激活,在中等任务期近三分之一大小的区域没有出现明显激活,而在困难任务期除很少一部分区域出现激活外大部分区域没有出现明显的激活。这种激活模式的差别与PFC左右分区无明显关系,与背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC)和中间前额叶分区也没有明显的关系；精神分裂症患者组在三个不同难度TOL任务期,PFC的绝大部分区域的血氧浓度改变均明显低于健康对照,这种差异在DLPFC更加明显,而与PFC的左右分区无明显关系；在组内不同难度TOL任务期的血氧浓度改变表现为DLPFC区大于中间前额叶皮质区；TOL任务难度的不同对血氧浓度改变有很大影响。健康对照组中间前额叶皮质区的血氧浓度变化在中等任务期最大,在困难任务期最小。而在DLPFC区,容易任务和中等任务期血氧浓度变化相近且大于困难任务期；精神分裂症患者组中间前额叶皮质区的血氧浓度变化在三个任务期间的差异并不突出,在DLPFC区则表现为血氧浓度变化随任务难度的增大而减小；精神分裂症患者组在TOL任务中血氧浓度的变化速度比健康对照慢。结论：①精神分裂症患者存在执行功能的损害,主要表现在处理问题的过程中难于形成和完善计划并且执行效率低下,在较复杂和相对困难的问题解决中尤为明显。②精神分裂症患者的执行功能损害与精神症状中的阴性症状和认知缺损有关,但只有在适当的任务难度(如3、4步的TOL中等难度任务)下才能得到突出体现。③PFC功能低下是精神分裂症患者脑功能损害之一,主要表现为PFC的血流动力学和执行任务过程中脑区激活水平、激活模式的改变。④DLPFC是PFC参与执行功能的主要部分,其可能是执行功能自上而下过程的最顶端脑区和相关信息临时储存区。⑤TOL任务的难度不同对受试者的测试表现以及NIRS脑功能检测结果有较大影响,相比容易和困难TOL任务,中等难度任务可能更适合精神分裂症患者与健康对照的脑功能比较,效度更高。⑥NIRS是一种非常实用脑功能检测手段,在空间分辨率与时间分辨率方面都有较好的表现,其与神经心理学测验的结合能够很好地反应出不同脑区的实时血流改变和血氧浓度变化,对精神障碍患者脑功能损害以及病因的研究有很高的应用价值。