大量的研究报告在精神分裂症患者的大脑中发现人体解剖学意义上的变异 g 最早的研究是建立在剖尸检验基础上的，但是最新技术的革新使得从活体病人获得“大脑扫描”成为可能。研究主要集中在两种神经解剖特点上：脑室的大小和大脑不对称。
脑室的大小在大脑内部有四个充满脑脊髓液的脑室。脑室周围组织收缩时它们就会扩张。很多研究报告，精神分裂症患者（尤其是年老的、慢性病人）脑室的比例异常地大，但是也有其他研究并未发现这种现象。当然，扩大的脑室可能是精神分裂症对其进行治疗的结果，而不是中介原因。比如，长期服用抗精神病药物可能导致大脑受损从而导致脑室扩张。另一方面，有人认为相对较大的脑室可能是出生期间大脑长时间持续受损的结果。
大脑不对称大脑的两个半球（左半球和右半球）具有不同的功能。大脑功能的偏侧优势意味着，左半球（占支配地位）负责控制语言功能（至少对于大多数用右手的人来说如此）。大量研究表明，比如使用大脑扫描技术监控大脑不同区域血液流动的研究发现，某些精神分裂症患者大脑半球之间的活动平衡被打破了。更具体地说，某些病人左半球活动过少。
有研究表明，大脑前额叶功能失调，中部颢叶功能也异常。遗传机制的异常是这些变异的主要原因，疾病发展一般过程中的不对称是左半球出现极端效果的原因。Roberts 提出，由于中部颢叶在信息整合中发挥着非常重要的作用。这样的结构性变异会导致很多的精神分裂症症状。
大脑的两个半球通过大量的神经纤维（胼胝体）进行交流，很多研究报告，精神分裂症病人肼胝体变大，尤其是前额区。另一方面，其他调查发现，有的精神分裂症患者具有异常纤细的胼胝体。根据实验证据得到的一个假设是，厚厚的胼胝体与精神分裂症发病时间较早和消极症状有关，而纤细的胼胝体与精神分裂症发病时间较晚及积极症状有关。
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