重大脑精神疾病的遗传影像学分析理论与计算方法

The incidence of major brain psychiatric diseases such as schizophrenia, depression, autism has increased dramatically and caused enormous social and economic burden. How to take advantage of multi-scale gene, neuroimaging and behavioral data, identify significant neuroimaging alterations and the corresponding genetic mutations in a variety of major psychiatric disorders are vital to our understanding of the pathogenesis of these psychiatric illnesses, early prediction and search for possible drug targets. The project is based on a number of international genetic imaging database, and according to the characteristics of genetic data and image data of high dimensionality, we develop large-scale statistical and computational method to detect multimodal brain imaging changes, corresponding genetic variation, and relevant behavioral changes associated with major psychiatric disease, which can be used in clinical diagnosis. We will also establish a reliable data assimilation model, analyze mental illness at different scales, and identify the mechanisms of these diseases, which establish the basis for clinical diagnosis and treatment assessment.Our research projects will train young talents with interdisciplinary backgrounds, providing for the implementation of our national brain plan.

重大脑精神疾病如精神分裂症、抑郁症、自闭症等疾病发病率逐年提高，目前已经造成了巨大的社会和经济负担。如何利用多尺度基因、影像和行为学大数据，寻找各种重大脑精神疾病在神经影像的显著变化以及相应的遗传学改变对我们理解精神疾病的发病机制、对精神疾病进行早期预测和寻找可能的药物靶点具有重要的意义。本项目基于多个国际遗传影像学数据库，针对影像数据与基因数据高维数的特点，发展大规模统计计算方法，检测精神疾病大脑的多模态影像学改变、挖掘影像学改变和与基因变异、行为学变化之间的关联，识别出可用于临床诊断的常见脑重大精神疾病在影像和基因层次的生物标识。建立可靠的数据同化模型，解析精神疾病在多个尺度上发生、发展、有机联系的生物学机制，为建立临床诊断和治疗评估打下基础。并以项目研究为载体，培养出一批具有跨学科背景的青年人才，为我国脑计划的实施提供人才储备。

本项目按照研究计划执行，目前收集整合了世界最大的几个重大脑疾病方面的多尺度基因影像学数据库，包括ADNI、IMAGEN、IMAGEMEND、Biobank等，超过2 万被试。针对影像数据与基因数据高维数的特点，发展大规模统计计算方法，检测精神疾病中大脑的多模态影像学改变、挖掘影像学改变和与基因变异、行为学变化之间的关联，识别出可用于临床诊断的常见重大脑精神疾病如分裂症和抑郁症在影像和基因层次的生物标识。建立可靠的因果分析方法，解析精神疾病在多个尺度上发生、发展、有机联系的生物学机制，为建立临床诊断和治疗评估打下基础。推进重大脑精神疾病的多尺度生物标记识别、诊断、病因探索等研究，培养出一批具有跨学科背景的青年人才，为我国脑计划的实施提供人才储备。该项目总共发表SCI论文26篇，IF>5分的11篇，包括国际脑科学顶级杂志Jama Psychiatry （IF=15.9）、Molecular Psychiatry (IF=11.9) , elife （IF=7.6）以及数学领域杂志Ann. Rev. Statist. & Appl.，J. Am. Statist. Asso等杂志，培养了博士生18名，硕士生16名，博士后5名，国家杰青一名。促进了脑科学、人工智能和精神疾病领域的交叉发展。