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症状网络与网络精神病学12 / 20

个体动态网络:经验取样与时间序列

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为了接近“个体体内的症状相互作用”,研究者使用经验取样法(experience sampling method, ESM;也称生态瞬时评估,EMA):让被试在数周内每天多次用手机报告情绪和症状。Bringmann 等(2013, PLOS ONE)较早把多层向量自回归用于这类临床纵向数据,估计情绪变量之间的时间网络;Epskamp 等(2018, Multivariate Behavioral Research)把它系统化为图形向量自回归(graphical VAR, GVAR)框架,区分了三种网络。

一个人的时间序列:时间网络与同期网络

设某人第 tt 次测量的症状向量为 𝒚t\mathbf y_t(已减去此人的均值),一阶向量自回归 VAR(1) 为

𝒚t=B𝒚t−1+𝜺t,𝜺t∼𝒩(𝟎,Σε).\mathbf y_t = B\,\mathbf y_{t-1} + \boldsymbol\varepsilon_t,\qquad \boldsymbol\varepsilon_t\sim\mathcal N(\mathbf 0,\Sigma_\varepsilon).

  • 时间网络(temporal network):由 BB 给出的有向网络,Bji≠0B_{ji}\neq0 表示上一时刻的症状 ii 在控制所有上一时刻症状后预测这一时刻的症状 jj(格兰杰意义上的“预测”)。BiiB_{ii} 是自回归效应(症状的惯性)。
  • 同期网络(contemporaneous network):控制时间效应后,同一时刻残差(新息)𝜺t\boldsymbol\varepsilon_t 之间的偏相关,由 Σε−1\Sigma_\varepsilon^{-1} 标准化后取负得到,是无向的 GGM。它捕捉在测量间隔以内发生的相互作用(如果失眠在几分钟内就引起烦躁,而测量间隔是 3 小时,这一效应只会出现在同期网络中)。

单被试估计(R 包 graphicalVAR)对 BB 与 Σε−1\Sigma_\varepsilon^{-1} 同时施加 LASSO 惩罚,用 EBIC 选择两个惩罚参数。Epskamp, van Borkulo 等(2018, Clinical Psychological Science)用单个患者的 ESM 数据演示了个体化网络的估计,并强调同期网络与时间网络都需要报告。

多个人:个体内与个体间网络

多被试 ESM 数据中,变异有两个来源:同一个人随时间的波动(个体内),以及不同人平均水平的差异(个体间)。GVAR 框架给出第三种网络:

  • 个体间网络(between-subjects network):各人症状均值之间的偏相关网络,回答“平均压力高的人,平均情绪是否也低”。

多层 VAR(R 包 mlVAR)的标准做法分两步:先对每个人的滞后预测变量做个体中心化(within-person centering),在多层模型中估计固定效应(群体平均时间网络)与随机效应(个体差异);再从残差估计同期网络、从个人均值估计个体间网络。

个体内与个体间可以相反。代码示例中模拟了一个情形:在每个人身上,压力上升会使下一时刻情绪变差(个体内正效应),但平均压力高的人平均情绪反而更好(个体间负相关)。把所有观测直接合并计算的相关接近 0——两种来源相互抵消。截面网络只看到个体间那一层;把它当作个体内机制,就可能得到符号错误的结论。这是遍历性(ergodicity)问题:只有当个体间结构与个体内结构相同时,群体结论才能直接推广到个体。

前提与局限

  • 平稳性:VAR 假设均值、方差与 BB 在观察期内不变;病情改善或治疗中的数据往往不满足,可用时变 VAR(如 mgm 的核平滑方法);
  • 测量间隔:一阶滞后效应的大小依赖测量间隔,间隔为 2 小时与 1 天得到的时间网络不能直接比较;
  • 等间隔与夜间间隔:ESM 通常白天多次、夜间不测,需要处理隔夜的滞后(常见做法是不把前一晚最后一次与次日第一次配对);
  • 条目数与时间点数:单被试 VAR 的参数为 p2p^2 个,ESM 每人常只有几十到一百多个时间点,因此 ESM 通常只纳入少数条目,且个体网络估计不确定性很大;
  • 测量误差:单条目的 ESM 测量误差会削弱并扭曲滞后效应;Epskamp(2020, Psychometrika)提出在 GVAR 中引入潜变量(ts-lvgvar),以处理测量误差。

Fisher 等(2017, J Abnorm Psychol)对心境与焦虑障碍患者做了密集的个体化 ESM 测量,为每名患者分别估计同期与时间网络,发现患者之间的网络结构差异很大;Fisher, Medaglia & Jeronimus(2018, PNAS)进一步显示个体间变异与个体内变异的结构可以相差很大。这类结果推动了“为每名患者建立个体网络,以选择个体化治疗靶点”的设想,但个体网络的估计精度与临床价值仍在检验中。