【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】6月17日，American Journal of Psychiatry 期刊在線發(fā)表題為Diagnostic Classification for Human Autism and Obsessive-Compulsive Disorder based on Machine Learning from a Primate Genetic Model 的研究論文。
 

　　該研究由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心(神經(jīng)科學(xué)研究所)、上海腦科學(xué)與類腦研究中心、神經(jīng)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王征研究組與中科院自動(dòng)化研究所研究員赫然課題組合作完成，整合靈長(zhǎng)類動(dòng)物模型和臨床精神疾病患者的功能磁共振影像數(shù)據(jù)，上設(shè)計(jì)猴-人跨物種的機(jī)器學(xué)習(xí)分析流程，利用從轉(zhuǎn)基因獼猴模型上學(xué)習(xí)的特征構(gòu)建臨床精神疾病患者的分類器模型，進(jìn)而深入解析人類自閉癥和強(qiáng)迫癥的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制，為精神疾病的影像學(xué)精準(zhǔn)診斷提供了新證據(jù)，發(fā)現(xiàn)了利用非人靈長(zhǎng)類模型服務(wù)精神疾病臨床應(yīng)用需求的新途徑。
 

　　自閉癥(ASD)是一種神經(jīng)系統(tǒng)失調(diào)的發(fā)育性疾病，具有高度的異質(zhì)性，患者常伴隨強(qiáng)迫癥(OCD)、注意力缺陷多動(dòng)癥(ADHD)等并發(fā)癥，給臨床診斷和病理機(jī)制研究帶來巨大挑戰(zhàn)。非人靈長(zhǎng)類模式動(dòng)物與人類在腦結(jié)構(gòu)與功能上較為接近，研究人員前期發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因靈長(zhǎng)類動(dòng)物模型能夠表現(xiàn)出與人類臨床患者類似的癥狀表型，如MECP2過表達(dá)的獼猴表現(xiàn)出重復(fù)刻板行為、社交行為障礙等類自閉癥癥狀(Nature，2016)，且在大腦環(huán)路上的異常也與部分自閉癥患者相似(J Neurosci，2020)。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)在以上前期工作基礎(chǔ)上(IEEE TMI， 2015)，探索靈長(zhǎng)類物種間可能的進(jìn)化保守特征，假設(shè)以保守的腦區(qū)功能為基礎(chǔ)，構(gòu)建可跨物種遷移的精神疾病分類預(yù)測(cè)模型(圖A)。該研究運(yùn)用Group LASSO算法對(duì)源自5只轉(zhuǎn)基因獼猴和11只野生型獼猴的腦功能圖譜數(shù)據(jù)進(jìn)行腦區(qū)篩選，識(shí)別出9個(gè)核心腦區(qū)(圖B)；將9個(gè)腦區(qū)一一映射到人類大腦，并用腦區(qū)間的功能連接形成特征集合，構(gòu)建稀疏邏輯回歸分類器，分別用于自閉癥、強(qiáng)迫癥和注意力缺陷多動(dòng)癥患者的診斷分類。患者數(shù)據(jù)分別來自ABIDE-I (1112人)、ABIDE-II(1114人)、OCD(186人)和ADHD-200(776人)等4個(gè)臨床影像數(shù)據(jù)庫。經(jīng)交叉驗(yàn)證，該研究發(fā)現(xiàn)，基于轉(zhuǎn)基因獼猴特征構(gòu)建的分類模型對(duì)ABIDE-I數(shù)據(jù)集中自閉癥患者和正常人的區(qū)分準(zhǔn)確率達(dá)到82.14%，對(duì)ABIDE-II數(shù)據(jù)庫中人類被試達(dá)到75.17%的準(zhǔn)確率，顯著高于基于自閉癥和強(qiáng)迫癥病人自身特征構(gòu)建分類器的性能(圖C)。當(dāng)將同樣的9個(gè)腦區(qū)拓展到強(qiáng)迫癥影像數(shù)據(jù)時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，獼猴特征構(gòu)建分類模型仍然能達(dá)到78.36%的準(zhǔn)確率，顯著高于基于自閉癥患者特征構(gòu)建的分類器性能。但這些基于獼猴模型學(xué)習(xí)的特征未能顯著性地提升ADHD患者的分類準(zhǔn)確率。進(jìn)一步分析這些性能優(yōu)越的分類器中的功能連接與精神疾病臨床癥狀之間的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)，右側(cè)腹外側(cè)前額葉皮層在自閉癥和強(qiáng)迫癥中同時(shí)扮演著雙重角色，分別對(duì)應(yīng)于各自特異的維度癥狀表型(圖D)。
 

　　該研究由王征、赫然共同指導(dǎo)博士研究生詹亞峰、衛(wèi)建澤等合作完成，得到英國劍橋大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院、中科院昆明動(dòng)物研究所等支持和科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院、上海市、廣東省等資助。