With distinct advantages in power over behavioral phenotypes, brain imaging traits have become emerging endophenotypes to dissect molecular contributions to behaviors and neuropsychiatric illnesses. Among different imaging features, brain structural connectivity (i.e., structural connectome), which summarizes the anatomical connections between different brain regions, is one of the most cutting-edge while under-investigated traits; and the genetic influence on the structural connectome variation remains highly elusive. Relying on a landmark imaging genetics study for young adults, we develop a biologically plausible brain network response shrinkage model to comprehensively characterize the relationship between high dimensional genetic variants and the structural connectome phenotype. Under a unified Bayesian framework, we accommodate the topology of brain network and biological architecture within the genome; and eventually establish a mechanistic mapping between genetic biomarkers and the associated brain sub-network units. An efficient expectation-maximization algorithm is developed to estimate the model and ensure computing feasibility. In the application to the Human Connectome Project Young Adult (HCP-YA) data, we establish the genetic underpinnings which are highly interpretable under functional annotation and brain tissue eQTL analysis, for the brain white matter tracts connecting the hippocampus and two cerebral hemispheres. We also show the superiority of our method in extensive simulations.


翻译:大脑成像特征与行为性细胞类型相比具有明显的优势,因此,大脑成像特征已经逐渐形成,可以分解分子对行为和神经精神病的分子贡献。在不同的成像特征中,大脑结构连接(即结构连接)可以总结不同大脑区域之间的解剖联系,这是最尖端的,而调查不足的特性又是最尖端的;对结构连接体变化的遗传影响仍然非常渺茫。依靠对青年成人的里程碑式成像遗传学研究,我们开发了一种生物学上看似合理的大脑网络反应缩缩缩模型,以全面描述高维遗传变异体和结构连接体人型之间的关系。在统一的Bayesian框架内,我们适应了大脑网络和生物结构的表层连接(即结构连接体),最终在遗传生物标志和相关的大脑子网络装置之间建立起一种机械式的绘图图。为了估计模型和确保计算可行性,我们开发了一种高效的预期-数学算法。在人类连通项目年轻成人(HCP-YA)数据的应用中,我们建立了一种将大脑结构上的大脑结构结构上的高级结构结构模型和大脑结构级分析系统。

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