青少年脑认知研究(ABCD study)

八 目前关于青少年脑认知研究的特点与趋势
• 第一, 在研究对象上, 研究者从初关注正常儿童青少年个体到近年来开始探讨障碍群体认知能力 发展与大脑发育的关系。 • 第二，运用横向研究范式来 对比分析个体认知能力发展与大脑结构和功能的关系, 这为揭示个体 发展过程中行为活动与大脑结构和功能的关系提供了一定启示, 但是无法从生态学角度真实再现 个体认知能力发展与脑发育关系的动态变化及规律。 • 第三, 在研究角度上, 研究者逐渐开始探讨年龄和认知水平对认知发展和脑发育关系的交互影响。
• 对比优势 • 文献分享
一 ABCD简介
• 青少年脑认知研究（ABCD 研究）
• ABCD研究联盟的组成机构：
协调中心， 数据分析中心， 全国21个研究点
二 研究意义
• 美国国立健康研究所（NIH）通过采用较大样本、纵向设计的方法来追踪分析和描 绘个体发展与脑发育的动态关系, 这种设计从自然发展的角度真实再现个体认知发 展与脑发育的关系,以及为变化曲线提供了更直接、更科学的依据。 • 早期阶段可以确定的紧迫问题有： 1，药物使用或其他经历会在多大程度上改变青少年大脑？ 2，不同类型的物质使用如何相互作用？ 3，物质使用的多种模式（例如，中度和重度大麻使用）对大脑发育，学业成就，社 会功能和生活的其他方面有什么影响？
• 这里我们的结果很清楚。 我们从我们的同胞三人组获得的物质滥用，酒精使用障 碍和犯罪行为的遗传率与使用相同方法的同一群体的双胞胎获得的遗传估计非常相 似。这些结果与以前使用典型建模方法得到的关于犯罪行为两项分析结果一致，这 些方法与双胞胎获得的结果非常接近。因为家庭类型多种多样，泛化力更强。
源自文库
局限
抽样组合
调查数据---以FULL-SIBLINGS为基础的7组数据
数据处理
• we present only results from the full model, that is containing estimates of A, C and E. Prior simulations have suggested that parameter estimates from a full model are typically more accurate than those from submodels (Sullivan & Eaves, 2002). • Model fitting was done using Mplus version 7.2 with the delta parameterization and the weighted least squares means and variance (WLSMV) as the fit function • fit indices, i.e. the Tucker–Lewis index (Tucker & Lewis, 1973), the comparative fit index and the root mean square error of approximation (Steiger, 1990), to assess the model’s balance of explanatory power and parsimony
ADOLESCENT BRAIN COGNITIVE DEVELOPMENT STUDY
REPOTER：关群
青少年脑认知研究（ABCD STUDY）
• ABCD简介 • 研究意义 • 研究可行性
• 研究概况
• 研究内容 • 期望结果 • 国内目前关于青少年脑认知的研究现状
• 目前关于青少年脑认知研究的特点与趋势
文献一：基于同胞的新颖设计来量化遗传和共享环境的影 响：应用于药物滥用，酒精使用障碍和犯罪行为
• 背景： 双生子研究中平等环境假设和泛化问题。
• 目的： 设计一种新颖的实验来证实遗传和环境在物质滥用，酒精使用障碍，犯罪行 为三个方面所起的作用
新颖之处
• 首先，由于瑞典官方的数据记录，我们知道兄弟姐妹的同居历史，所以可以直接评 估他们在家庭层面上共享的环境暴露。
十 文献分享
• A novel sibling-based design to quantify genetic and shared environmental effects: application to drug abuse, alcohol use disorder and criminal behavior（2016）
• 第四, 在研究范式上, 学习和训练已经逐渐受到研究者的重视, 通过设计自然或人为的学习训练 范式来提高个体认知能力水平, 进而探讨集中训练与经验迅速增加带来的大脑结构和功能活动模 式的变化
九 对比优势
• 过往的青少年脑认知机制的研究没有正常的成像标准用来比较，技术手段和及设施建设和数 据分析方法，以及研究规模(包括资金，时间跨度，其他研究机构支持情况)等都没有该项研 究全面。 • 这项研究将为填补我们对许多物质的脑发育影响知识方面存在的巨大空白而做很多共享。 • ABCD研究不仅希望招募和保留十多年的大量青少年会产生的关于物质使用影响的数据，而且 还将大大澄清我们对正常健康大脑发育的看法。值得注意的是，大多数年轻人从不发生毒品 或酒精问题，只有大约一半在离开高中之前使用非法药物。高风险群体将被过度采样，以确 保收集足够的物质用户数据。 但ABCD研究的数据显示，在当前和未来的研究中，最少或没 有物质使用的健康青少年的成长也将是非常有价值的。
入组条件
操作化定义
• additive genetic (A), shared environment (C) and unique environment (E)
家庭类型 全血缘 半血缘 无血缘 additive genetic (A) 0.5a 0.25a 0 同居时间（年） 13 10-12 7-9 4-6 1-3 shared environment (C) c 0.7c 0.5c 0.3c 0.1c
兄弟姐妹研究与双胞胎研究比较
• 3种行为 * 9（9组数据） * 2（2种性别）=54种不同类型家庭在不同方面关于遗传 的数据
• 将它与同一人口中双生子的研究数据进行比较，发现它有26个遗传力数据低于双胞 胎，1个相同，27个高于双胞胎
• 说明遗传影响确实是大于共享环境影响的
共享环境的影响（返回TABLE 5）
三 研究的可行性
• 科学和技术的进步 • 药物法规和市场的正规化
• 资助
四 研究概况
• 青少年脑认知研究（ABCD研究）的被试招募率达到一半
四 研究概况
• 青少年脑认知研究（ABCD研究）的第一批原始数据已经可得
地址：NIMH Data Archive ABCD Data Repository 数据： • 高分辨率结构数据 • 高级扩散MRI（多个b值和方向） • 休息状态功能磁共振成像
• 首先，我们只研究了三种综合征，可能无法获得与其他性状或障碍相似的结果 • 其次，我们没有检查异性对。
• 第三，我们假设共同环境是儿童同居年数的线性函数的有效性可以被质疑。在0-6 岁之间，相似度的增加比7-13更强
文献二：遗传，家庭和社区环境对青少年药物滥用的影响： 以瑞典双胞胎和兄弟姐妹为基础
抽样
• 数据来源： Swedish nationwide registries and healthcare data • 研究对象：
同父同母（全血缘），同父异母/同母异父（半血缘），继子/继女（无血缘）
• 应用范围：物质滥用DA，酒精使用障碍AUD，犯罪行为CB • 年龄范围： 1960-1990 之间出生，年龄<=16岁 • 同胞年龄最大差：<=10岁 • 同性同胞之间进行测量
• Genetic and Family and Community Environmental Effects on Drug Abuse in Adolescence: A Swedish National Twin and Sibling Study（2014）
PSYCHOLOGICAL MEDICINE（2016） AMERICAN JOURNAL OF PSYCHIATRY（2014）
• 特定物质的使用如何影响使用其他物质的风险 • 连接青少年物质使用和心理疾病风险的大脑途径
• 物质使用对身体健康，心理发展，信息处理，学习记忆，学业成就，社会发展等行为的影响
• 什么因素（如产前暴露，遗传学，头部创伤和人口统计学）影响物质使用的发展及其后果
七 国内目前关于青少年脑认知的研究现状
• 在我国, “脑与认知科学”已被列为基础研究中的重大科学前沿问题，也将成为未来科学研究的 重大课题。进入21世纪后, 我国也已经开始使用先进的脑成像技术研究认知能力与大脑的相关, 在语言、视觉、决策、 情绪、音乐、运动技能等方面都开展了一定研究。
• 犯罪行为：无论性别，共享环境的影响<残差的影响 • 物质滥用：
男性：其他家庭类型共享环境的影响<双胞胎共享环境的影响
女性：其他家庭类型共享环境的影响>双胞胎共享环境的影响 • 酒精使用障碍： 男性：其他家庭类型共享环境的影响>双胞胎共享环境的影响 女性：其他家庭类型共享环境的影响<双胞胎共享环境的影响
结果摘要—FROM THE FULL MODEL
分析—以男性犯罪行为为例
分析—以女性犯罪行为为例
遗传力
• 根据table 5的数据表明，除了女性（半血缘关系）在酒精使用障碍中的遗传力<独 特环境（残差）外，其他所有数据都表明，无论性别，青少年在酒精使用障碍，物 质滥用和犯罪行为上，都是与遗传息息相关的。
讨论及结论
• 首先，我们使用独特的设计以确定他们的同居历史时长为解决旧问题开辟了新的途 径。像双胞胎研究一样，这些基于兄弟姐妹的方法解决了代际家族相似之处。它的 重点是先证者与同胞三位一体，反映独立的自然实验，因为它们包含两种不同种类 的兄弟关系。 因此，这种方法可以控制家庭层面的差异 • 除了我们模型中的因素以外，别的因素正在对家庭相似性产生影响，残差得以考虑。
五 研究内容
• 以新闻和特写形式呈现，每月几篇通告
如：“关于睡眠不足和青少年物质使用之间的关联”
六 期望结果
ABCD研究期望解决与物质使用和发展有关的许多问题，达到预防和治疗研究的重点，制定公共 卫生战略和政策，建立青少年脑认知机制的研究中正常的成像标准。 包括：
• 偶尔或常规使用大麻，酒精，烟草和其他物质，单独或组合时对发育中大脑的结构和功能的影响
• 任务fMRI以及每个fMRI运行的原始E-Prime任务文件
四 研究概况
• 青少年脑认知研究（ABCD研究）中，有十三项五年期资助用于认知和社会发展
国立卫生研究院向全国的研究机构颁发了13项五年期赠款，作为青少年物质使用 在发育中大脑的影响研究的一部分。
科学家将利用先进的研究方法跟踪物质（包括尼古丁，酒精和大麻）的使用 情况，学业成就，认知能力，精神卫生以及大脑结构和功能。
• 其次，我们拿由一个先证者和两个兄弟姐妹组成的同胞信息三位一体，他们的遗传 相似度和/环境共享程度与先证者不同
新颖之处
新颖之处
• 第三，通过探索我们对三位一体类型的遗传和环境影响估计的稳定性，我们可以评 估我们的假设的有效性。
• 最后，我们将多组模型中的结构方程模型整合到我们不同类型的同胞关系中，我们 可以获得两个总体估计值，可以与在同一人口数据中双胞胎的估计值进行比较，并 正式测试我们的来自不同类型家庭的兄弟姐妹的估计值是否彼此显著不同。
• 但是, 由于实验成本太高, 而且发展认知神经科学研究多以儿童青少年为研究对象, 存在被试协 调困难和组织代价大等特点, 我国对于认知发展与脑发育的研究仍处于起步阶段, 有关发展认知 神经科学中自然成熟与后天教养之间的关系也不清晰。
• 因此, 迫切需要加强开展儿童青少年认知能力与大脑神经发展机制相结合的研究, 并充分结合儿 童青少年时期大脑具有较强可塑性的特点, 注重进行脑发育基础研究与基于脑的科学教育的整合, 为通过创设适于儿童青少年大脑活动特点的社会、教育环境, 进而促进其认知能力发展提供依据。