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　　6月17日，《American Journal of Psychiatry》期刊在線(xiàn)發(fā)表了題為《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(lèi)腦研究中心、神經(jīng)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室王征研究組與中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所赫然課題組合作完成。該研究整合靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物模型和臨床精神疾病患者的功能磁共振影像數據，國際上首次設計猴-人跨物種的機器學(xué)習分析流程，利用從轉基因獼猴模型上學(xué)習的特征構建臨床精神疾病患者的分類(lèi)器模型，進(jìn)而深入解析人類(lèi)自閉癥和強迫癥的神經(jīng)環(huán)路機制。此研究為精神疾病的影像學(xué)精準診斷提供了新證據，開(kāi)辟了利用非人靈長(cháng)類(lèi)模型服務(wù)精神疾病的臨床應用需求的新途徑。 

　　自閉癥（ASD）是一種神經(jīng)系統失調的發(fā)育性疾病，具有高度的異質(zhì)性，同時(shí)自閉癥患者常伴隨強迫癥（OCD）、注意力缺陷多動(dòng)癥（ADHD）等并發(fā)癥，這給臨床診斷和病理機制研究帶來(lái)巨大的挑戰。非人靈長(cháng)類(lèi)模式動(dòng)物與人類(lèi)在腦結構與功能上較為接近，研究人員前期發(fā)現轉基因靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物模型能夠表現出與人類(lèi)臨床患者類(lèi)似的癥狀表型，如MECP2過(guò)表達的獼猴表現出重復刻板行為、社交行為障礙等類(lèi)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）。 

　　研究團隊在這些前期工作基礎上（IEEE TMI, 2015），勇于原始創(chuàng )新，探索靈長(cháng)類(lèi)物種間可能的進(jìn)化保守的特征，大膽假設以保守的腦區功能為基礎，構建可跨物種遷移的精神疾病分類(lèi)預測模型（圖A）。研究人員首先運用Group LASSO算法對源自5只轉基因獼猴和11只野生型獼猴的腦功能圖譜數據進(jìn)行腦區篩選，識別出9個(gè)核心腦區（圖B）；接著(zhù)將此9個(gè)腦區一一映射到人類(lèi)大腦上，并用腦區間的功能連接形成特征集合，構建稀疏邏輯回歸分類(lèi)器分別用于自閉癥、強迫癥和注意力缺陷多動(dòng)癥患者的診斷分類(lèi)?；颊邤祿謩e來(lái)自4個(gè)臨床影像數據庫：ABIDE-I (1112人)，ABIDE-II（1114人），OCD（186人）和ADHD-200（776人）。經(jīng)過(guò)交叉驗證后，發(fā)現基于轉基因獼猴特征構建的分類(lèi)模型對ABIDE-I數據集中自閉癥患者和正常人的區分準確率達到82.14%，對ABIDE-II數據庫中人類(lèi)被試同樣達到75.17%的準確率，顯著(zhù)高于基于自閉癥和強迫癥病人自身特征構建分類(lèi)器的性能（圖C）。當將同樣的9個(gè)腦區拓展到強迫癥影像數據時(shí)，發(fā)現獼猴特征構建分類(lèi)模型仍然能達到78.36%的準確率，顯著(zhù)高于基于自閉癥患者特征構建的分類(lèi)器性能。但這些基于獼猴模型學(xué)習的特征未能顯著(zhù)性地提升ADHD患者的分類(lèi)準確率。研究人員進(jìn)一步分析這些性能優(yōu)越的分類(lèi)器中的功能連接與精神疾病臨床癥狀之間的關(guān)系，結果發(fā)現右側腹外側前額葉皮層在自閉癥和強迫癥中同時(shí)扮演著(zhù)雙重角色，分別對應于各自特異的維度癥狀表型（圖D）。 

　　此項工作由王征研究員和赫然研究員共同指導博士研究生詹亞峰和衛建澤合作完成，期間得到了英國劍橋大學(xué)Trevor Robbins教授，復旦大學(xué)附屬兒科醫院徐秀主任的鼎力合作支持，同時(shí)也得到了中科院自動(dòng)化所譚鐵牛院士的指導幫助，及中科院昆明動(dòng)物所的大力支持。本工作受到科技部，國家自然科學(xué)基金，中國科學(xué)院，上海市和廣東省的資助。 

　　圖注：（A）腦功能連接圖譜的特征構建猴-人跨物種機器學(xué)習分類(lèi)器；（B）在獼猴模型中學(xué)習得到的9個(gè)腦區；（C）基于9個(gè)腦區構建的跨物種機器學(xué)習分類(lèi)器與基于人ASD數據構建的分類(lèi)器對ASD、OCD和ADHD的分類(lèi)性能ROC曲線(xiàn)；（D）ASD和OCD共享的神經(jīng)環(huán)路內表型以及與疾病特異的臨床癥狀相關(guān)的異常。