青少年认知年龄预测与心理困扰的关联研究：基于机器学习的多领域分析

《Acta Psychologica》：Linking cognitive performance and age prediction with psychological distress in youth

本研究针对青少年时期认知功能与心理困扰的关联问题，采用机器学习方法预测认知年龄(CAG)，并探讨其与情绪症状、焦虑、抑郁等多维度心理困扰的关系。研究发现，虽然CAG与心理困扰无显著关联，但认知领域分析显示运动速度、注意力广度、工作记忆等多个领域与特定心理症状存在显著负相关，揭示了不同认知领域对心理困扰的差异性敏感度，为青少年心理健康干预提供了新视角。

　　

青春期是人生中充满变化的关键阶段，大脑和社会心理都在经历快速发育。这个时期不仅是认知功能精细化的重要窗口，也是各种心理健康问题的高发期。越来越多的证据表明，认知功能障碍是多种精神障碍的共同特征，而良好的认知功能可能成为抵御心理困扰的保护因素。然而，目前对于青少年认知表现与心理困扰之间的具体关系机制仍不清楚，特别是缺乏能够量化个体认知发展水平与年龄预期差异的有效方法。

在这项发表在《Acta Psychologica》上的研究中，Victoria Moskal等研究人员开展了一项创新性的探索。他们借鉴脑年龄预测的成功经验，首次将认知年龄预测框架应用于青少年群体，试图通过机器学习技术来量化个体的认知发展水平，并探究其与心理困扰的关联。

为了回答这些科学问题，研究团队招募了699名9-25岁的参与者，其中73%为女性。所有参与者完成了计算机化神经心理学测试电池CABPad，并填写了包括 Strengths and Difficulties Questionnaire (SDQ)、Generalized Anxiety Disorder Assessment (GAD-7)和Short Mood and Feelings Questionnaire (SMFQ)在内的心理困扰评估问卷。研究人员使用XGBoost算法，基于16个认知测量指标和性别信息来预测参与者的认知年龄，计算认知年龄差距(CAG)，并通过广义加性模型(GAM)分析其与心理困扰症状的关系。

2. Material and methods

研究采用了横断面设计，样本来自正在进行的BRAINMINT项目。认知评估使用CABPad电池，涵盖运动速度、注意力广度、工作记忆、注意执行控制、情景记忆以及心理和视觉运动速度六个领域。心理困扰通过SDQ的情绪症状、同伴问题、多动和品行问题四个子量表，以及GAD-7的焦虑评估和SMFQ的抑郁评估来测量。认知年龄预测采用XGBoost算法，通过嵌套交叉验证优化超参数，最终得到校正后的认知年龄差距(cCAG)。统计分析使用GAM，控制性别和年龄的非线性影响，并进行错误发现率(FDR)校正。

3. Results

3.1. Cognitive age prediction

认知年龄预测模型显示出中等准确度，决定系数R²为0.30，均方根误差(RMSE)为2.56，平均绝对误差(MAE)为2.01。预测年龄与实际年龄的Pearson相关系数为0.55。男性和女性的预测性能相当。

3.2. cCAG and domains of psychological distress

分析显示，与女性相比，男性报告的情绪症状、焦虑和抑郁显著较少。然而，cCAG与任何心理困扰领域均无显著关联，仅多动症状与cCAG存在名义上的显著性，但未通过FDR校正。

3.3. Cognitive domains and psychological distress

领域特异性分析揭示了多个显著关联：运动速度与情绪症状和多动负相关；注意力广度与品行问题负相关；工作记忆与焦虑、多动和品行问题负相关；情景记忆与焦虑、多动和品行问题负相关；心理和视觉运动速度的正确反应与多动和品行问题负相关，错误反应与品行问题正相关。

4. Discussion

本研究首次将认知年龄预测框架应用于青少年群体，虽然未发现cCAG与心理困扰的显著关联，但揭示了认知领域特异性与心理症状的复杂关系。研究结果强调了不同认知领域对心理困扰的差异性敏感性，其中情景记忆与多个外化症状的关联最为突出。这种领域特异性的模式可能反映了不同认知功能与特定精神病理学机制的内在联系。

研究的创新之处在于将脑年龄预测的成功经验扩展到认知领域，为量化青少年认知发展提供了新方法。然而，相对温和的模型拟合度表明，认知年龄预测在青少年群体中仍面临挑战，可能需要更大样本和更精细的领域特异性建模。

5. Conclusion

本研究证实了基于机器学习认知年龄预测在青少年群体中的可行性。虽然认知年龄差距与心理困扰无显著关联，但领域特异性分析揭示了认知功能与心理症状的复杂关系模式，强调了不同认知领域对心理困扰的差异性敏感性。这些发现为理解青少年认知发展与心理健康的关系提供了重要见解，为未来研究和临床干预指明了方向。