In this study, a longitudinal regression model for covariance matrix outcomes is introduced. The proposal considers a multilevel generalized linear model for regressing covariance matrices on (time-varying) predictors. This model simultaneously identifies covariate associated components from covariance matrices, estimates regression coefficients, and estimates the within-subject variation in the covariance matrices. Optimal estimators are proposed for both low-dimensional and high-dimensional cases by maximizing the (approximated) hierarchical likelihood function and are proved to be asymptotically consistent, where the proposed estimator is the most efficient under the low-dimensional case and achieves the uniformly minimum quadratic loss among all linear combinations of the identity matrix and the sample covariance matrix under the high-dimensional case. Through extensive simulation studies, the proposed approach achieves good performance in identifying the covariate related components and estimating the model parameters. Applying to a longitudinal resting-state fMRI dataset from the Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative (ADNI), the proposed approach identifies brain networks that demonstrate the difference between males and females at different disease stages. The findings are in line with existing knowledge of AD and the method improves the statistical power over the analysis of cross-sectional data.


翻译:在本研究中,引入了共变矩阵结果的纵向回归模型。提案考虑了在(时间变换)预测器上回归共变矩阵的多级通用线性模型。该模型同时确定共变矩阵的共变相关组成部分、估计回归系数和估计共变矩阵的内位变异。通过最大限度地发挥(近似)等级概率功能,为低维和高维案例提出了最佳估计器,并证明该模型在瞬时一致,其中拟议的估计器在低度案例下最为高效,并在高度案例下实现身份矩阵所有线性组合和样本变异矩阵所有线性组合的统一最低二次损失。通过广泛的模拟研究,拟议方法在确定共变相关组成部分和估计模型参数方面都取得了良好业绩。在应用阿尔茨海默氏氏疾病内化倡议(ADNI)的纵向休息状态FMRI数据集时,拟议方法确定了显示在统计能力分析的不同阶段中男女在统计动力分析方面差异的脑网络。

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