Causal mediation analysis seeks to investigate how the treatment effect of an exposure on outcomes is mediated through intermediate variables. Although many applications involve longitudinal data, the existing methods are not directly applicable to settings where the mediator and outcome are measured on sparse and irregular time grids. We extend the existing causal mediation framework from a functional data analysis perspective, viewing the sparse and irregular longitudinal data as realizations of underlying smooth stochastic processes. We define causal estimands of direct and indirect effects accordingly and provide corresponding identification assumptions. For estimation and inference, we employ a functional principal component analysis approach for dimension reduction and use the first few functional principal components instead of the whole trajectories in the structural equation models. We adopt the Bayesian paradigm to accurately quantify the uncertainties. The operating characteristics of the proposed methods are examined via simulations. We apply the proposed methods to a longitudinal data set from a wild baboon population in Kenya to investigate the causal relationships between early adversity, strength of social bonds between animals, and adult glucocorticoid hormone concentrations. We find that early adversity has a significant direct effect (a 9-14% increase) on females' glucocorticoid concentrations across adulthood, but find little evidence that these effects were mediated by weak social bonds.


翻译:虽然许多应用方法都涉及纵向数据,但现有方法并不直接适用于以稀少和不规则的时间网格衡量调解人和结果的环境。我们从功能性数据分析角度扩展现有的因果调解框架,将稀有和不规律的因果数据作为基本平稳随机过程的实现情况加以审视。我们相应地界定直接和间接影响的因果估计值,并提供相应的识别假设。关于估计和推断,我们采用功能性主要组成部分分析方法来减少尺寸,并使用结构等式模型中最初几个功能性主要组成部分,而不是整个轨迹。我们采用巴伊西亚模式来准确量化不确定性。通过模拟来审查拟议方法的运作特点。我们将拟议方法应用于肯尼亚野生鲍鱼种群的长度数据集,以调查早期逆差、动物与成人葡萄球质激素之间的社会纽带强度之间的因果关系。我们发现,早期逆差具有显著的直接效应(9-14 % ),但微量的介质浓度在跨成年女性之间,我们发现这些磁度浓度呈弱反应。

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