精神分裂症具有病因复杂、患病率高、致残率高等特点,探索精神分裂症的发病原因及其病理机制,对该病的早期诊断、早期干预、早期治疗具有重要意义。本研究基于脑电、肠道菌群和血液等生理生化信息,对精神分裂症患者和健康对照的脑网络属性、肠道菌群丰度、免疫及氧化应激指标等,进行特异性分析、相关性分析和中介效应分析,并结合上述所有特征采用机器学习方法进行精神分裂症自动分类研究,对分类时权重较大的特征进行分析及讨论。本研究纳入49名精神分裂症患者和50名健康对照,分别采集脑电信号、粪便样本和血液样本。基于脑电信号,采用锁相值的计算方法定义脑功能连接,并使用脑复杂网络分析方法计算脑功能网络属性;基于粪便样本,采用16S r RNA测序方法得到肠道菌群丰度;基于血液样本,采用生化分析得到血细胞计数和氧化应激指标。首先,分析两组被试之间生理生化信息的组间差异,结果表明:1)精神分裂症患者脑功能网络在α1、α2、γ等频带表现出明显的小世界属性异常,前额叶、额叶和顶叶的节点中心度显著降低,提示患者脑网络拓扑结构可能发生改变,上述脑区的信息传递效率降低;2)两组被试之间肠道菌群属水平丰度存在显著差异的细菌共有18种,提示精神分裂症患者的肠道菌群微生态可能发生改变;此外,瘤胃球菌与PANSS阳性评分呈显著正相关,推测与该菌群影响五羟色胺分泌有关;3)患者体内MLR、超氧化物歧化酶和C反应蛋白显著升高,表明精神分裂症患者的免疫系统和氧化应激系统长期处于激活状态。其次,计算三种生理生化信息之间的相关性,结果表明:1)优杆菌、瘤胃球菌、艰难杆菌等的丰度与脑功能网络的最短路径长度、全局效率、局部效率等均存在一定的相关性;2)血清中的炎症指标PLR、氧化应激指标SOD和CPR与脑功能网络的最短路径长度呈显著正相关,与全局效率呈显著负相关;3)瘤胃球菌属和艰难杆菌属与白细胞、中性粒细胞、SOD和CRP均存在相关性。最后,采用中介效应分析三种生理生化信息之间可能存在的因果关系,结果表明:瘤胃球菌通过白细胞完全介导脑功能网络的全局效率,通过SOD部分介导脑功能网络的聚类系数、全局效率和局部效率,提示肠道微生物对大脑功能的影响需要通过化学物质的介导发生。采用三种生理生化信息及其组合作为输入特征,基于五种机器学习算法,进行精神分裂症患者自动分类研究,并比较不同算法和特征组合的分类性能。结果表明:1)三种特征组合作为输入特征,采用K最邻近法时自动分类性能最优,包含24人的独立测试集的分类准确率为100%;2)自动分类过程中,SOD权重占比最大,其次是血液指标中CRP和MLR,以及脑功能网络颞叶的节点属性和部分菌群丰度。本研究结果表明肠道菌群可能通过干扰人体免疫系统及氧化应激系统,对大脑功能造成影响,是精神分裂症发生发展的重要原因之一。研究多种生理生化信息的差异及其自动分类,有助于探索精神分裂症的神经病理机制和开发辅助疾病诊断的客观评价指标。