Nature mental health：连接身体与心理健康的大脑、生活方式和环境途径

摘要：抑郁症和焦虑症在患有慢性身体疾病的人群中非常普遍。越来越多的证据表明，身体和心理疾病的共病与共享的生物学途径有关。然而，关于大脑在连接身体和心理健康中的作用知之甚少。本文利用英国生物银行（UK Biobank）的多模态脑成像和器官特异性生理标志物，建立了七个器官（包括心血管、肺、肌肉骨骼、免疫、肾脏、肝脏和代谢系统）的基线健康状况与4-14年后心理健康结果（特别是抑郁症和焦虑症）之间的前瞻性关联。我们揭示了通过大脑介导的多条途径，通过这些途径，器官健康状况不佳可能导致心理健康状况不佳。我们识别了生活方式和环境因素，包括运动、久坐行为、饮食、睡眠质量、吸烟、饮酒、教育和社会经济地位，这些因素通过其对特定器官系统生理和大脑结构的选择性影响来影响心理健康。我们的工作揭示了大脑、身体和生活方式之间的相互作用，以及它们对心理健康的集体影响。本文阐明的途径可能为行为干预提供信息，以减轻或预防身体和心理疾病的协同发生。

1. 引言

抑郁症和焦虑症是常见的心理健康问题，具有共同的神经生物学基础和遗传风险。它们不仅高度共病，抑郁症和/或焦虑症的症状也经常出现在主要诊断为其他精神疾病（如精神分裂症和双相情感障碍）的个体中。共存的抑郁症和焦虑症往往使精神疾病的病程复杂化，导致更大的功能损害和更差的临床结果。

抑郁症和焦虑症在患有慢性身体健康状况的个体中也非常普遍，这些患者患抑郁症和焦虑症的风险比没有医疗障碍的人高出数倍。事实上，越来越多的证据表明，慢性身体疾病，包括冠心病、呼吸系统疾病、糖尿病、肌肉骨骼疾病和癌症，可能导致心理健康问题的发展或延长，特别是在中老年人群中。共存的抑郁症和焦虑症影响个体的整体健康，并与更差的预后、较差的生活质量和增加的死亡率相关。

文献中提出了多种可能的途径，通过这些途径，身体疾病可能导致或加剧抑郁和焦虑症状，包括：（1）共同的生物学途径，如共享的遗传倾向、免疫代谢失调和与疼痛相关的单胺水平改变；（2）行为和生活方式的因素，如吸烟、不良营养、缺乏体育活动和睡眠障碍；（3）心理途径，如情绪困扰和因慢性疾病导致的死亡恐惧。

这些提出的连接身体和心理健康的途径得到了流行病学研究的支持；然而，由于这些机制之间复杂的相互作用可能同时发生并构成身体-心理共病的基础，它们仍然没有得到充分理解。重要的是，尽管有大量证据表明抑郁症和焦虑症与大脑结构和功能的变化有关，但在这些模型中很少考虑大脑的作用。进一步的工作需要了解大脑在身体和心理疾病同时表现中的作用。这些知识可能为缓解医学中心理-身体的二分法提供动力，并促进精神病学和其他医学学科之间的综合和整体医疗保健。

大脑通过多种生物生理轴与其他器官系统紧密相连，如脑-心、脑-肺、脑-肝、脑-骨和脑-内分泌系统。因此，大脑的健康和功能可能受到其他器官系统的影响。例如，最近的一项使用纵向数据的研究表明，中年时某些器官系统（如心血管系统）的过早衰老与晚年大脑的老化外观有关。这表明，身体健康状况不佳可能导致大脑健康状况不佳。因此，大脑的健康和功能可能介导身体和心理健康之间的关系。

大多数先前研究身体和心理健康关系的研究都是流行病学研究，重点关注主要医疗条件和临床诊断的重度抑郁症和/或焦虑症之间的共病率。然而，我们最近的研究评估了生理标志物，并提供了常见精神疾病中身体健康状况不佳的生物学证据。此外，亚临床抑郁和焦虑症状在普通人群中非常普遍，这些个体对身体健康状况的潜在影响尚不清楚。需要开展工作来理解身体和心理健康之间的动态和状态依赖关系，以及大脑在可能介导这种关系中的作用。

在本研究中，我们使用英国生物银行的多模态脑成像、生理、血液和尿液标志物，系统地研究了多个器官系统的健康和功能与抑郁和焦虑症状的关联程度。尽管我们最近的研究表明，与年龄和性别匹配的健康同龄人相比，患有常见精神障碍的人的身体健康状况明显较差，但身体健康与心理健康症状严重程度之间的关系尚未得到研究。使用基于系统的综合分析方法，我们试图评估这种关系是否由大脑结构的个体差异介导，并识别可改变的生活方式因素，这些因素可能改善身体和大脑健康，从而缓解抑郁和焦虑症状。我们的工作提供了一个综合的视角，解释了大脑、身体和环境之间的相互作用，以及它们如何共同影响心理健康结果。

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图1 研究设计概述. a. 器官健康评分估计, b. 测试大脑是否介导器官健康与心理健康（抑郁、焦虑和神经质）之间关联的结构方程模型（SEM，路径分析）示意图, c. 识别通过影响器官健康和大脑健康来影响心理健康结果的生活方式因素的结构方程模型（SEM）示意图, d. 大脑、身体、心理健康和环境/生活方式因素评估时间线.

2. 结果

我们研究了英国生物银行的一部分参与者（n = 18,083；7,433名男性）。这部分包括7,749名没有任何临床诊断的重大医疗和精神疾病的个体（3,774名男性）和10,334名报告有四种精神疾病之一（精神分裂症（n = 67）、双相情感障碍（n = 592）、抑郁症（n = 9,817）和广泛性焦虑症（n = 2,041））的个体（3,659名男性）。

使用器官特异性表型对每个个体的七个器官系统（心血管、肺、肌肉骨骼、免疫、肾脏、肝脏和代谢）的健康状况进行了单独评估（年龄范围：40-70岁；平均53.7 ± 7.3岁），如先前所述。具体而言，每个器官的健康状况使用综合器官健康评分进行索引，该评分量化了个体的器官健康和功能与年龄和性别特定的正常参考范围的偏离程度（图1a）。

在评估器官健康后的4-14年，对这些个体进行了脑成像数据（包括结构和扩散加权磁共振成像（MRI））的采集（年龄范围：45-83岁，平均62.7 ± 7.5岁）。对于每个个体，基于先前描述的脑结构规范模型，计算了每个脑灰质（GM）区域的体积和每个白质（WM）束的平均分数各向异性（FA）的标准化表型偏差评分（图1a）。偏差评分量化了个体与规范参考中位数的标准偏差数。抑郁症状严重程度使用最近抑郁症状（RDS-4）量表在脑扫描当天进行评估。焦虑症状严重程度使用广泛性焦虑症（GAD-7）量表在单独的在线随访中进行评估。在线问卷和脑扫描之间的时间差异范围为303至989天。为了补充时间差异，脑扫描当天评估的艾森克神经质（N-12）评分也被考虑在内，因为它与抑郁和焦虑的发展有关。它表征了容易经历负面情绪的人格基本领域。此外，焦虑的中介分析在一部分个体（n = 3,432）中重复进行，这些个体在脑扫描后评估了焦虑症状严重程度。抑郁和焦虑症状以及神经质的严重程度在五个诊断组中差异很大。广泛性焦虑症个体在所有三个心理健康领域的平均得分最高，而健康对照个体的得分最低。健康对照组中存在抑郁和焦虑症状可能表明亚临床抑郁和/或焦虑症。因此，我们的主要分析集中在所有个体的池中，无论其终身诊断如何。分别在患有精神疾病和健康个体中进行了补充分析。

鉴于症状测量之间的中等个体间关联（皮尔逊相关系数范围：0.51-0.58），我们的核心分析重复了一个使用主成分分析得出的心理健康状态的一般总结测量（方法）。

2.1 器官健康与心理健康相关

基线身体健康与随访时的心理健康结果之间存在前瞻性关联。对于七个器官系统中的每一个，我们发现较差的器官健康与较高的抑郁症状显著相关，控制了身体健康评估时的年龄和性别（β范围：-0.090至-0.039，P < 0.05，双侧，FDR校正七个器官）。同样，除了肾脏和肺系统评分外，较差的器官健康评分与较高的焦虑症状显著相关（β范围：-0.085至-0.037，P < 0.05，双侧，FDR校正七个器官）。除了肾脏系统外，所有器官的较差健康评分与较高的神经质显著相关（β范围：-0.104至-0.041，P < 0.05，双侧，FDR校正七个器官，扩展数据图2c）。肌肉骨骼系统始终显示出与三个心理健康测量值的最强关联，其次是免疫、代谢和肝脏系统。对于肌肉骨骼健康的每个标准偏差减少，个体可以预期心理健康症状恶化约0.1个标准偏差。心血管和肺系统的身体-心理健康关联较弱，肾脏系统的关联最弱。此外，调整基线评估和随访评估之间的个体时间间隔变化并没有改变关联的显著性。在患者组中，大多数器官和所有三个心理健康测量值的前瞻性关联仍然显著，但在健康个体组中，除了肌肉骨骼系统外，其他器官的关联不显著。

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图2大脑灰质体积介导身体-心理健康关联, 连接器官健康、大脑灰质体积和心理健康的途径. a. 抑郁, b. 焦虑, c. 神经质.

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图3 | 大脑白质微结构介导身体-心理健康关联, 连接器官健康、白质分数各向异性（FA）和心理健康的途径. a. 抑郁, b. 焦虑, c. 神经质.

2.2 大脑介导身体与心理健康之间的联系

接下来，我们研究了身体（器官）和心理健康之间的前瞻性关联是否由大脑介导。为此，为每个显示显著关联的器官-心理健康对制定了一个结构方程模型（SEM，路径分析），以大脑为中介，心理健康为结果变量，器官健康为外生因素。值得注意的是，身体和心理健康之间的关系可能是双向的和状态依赖的；精神疾病也可能导致随后影响各种身体系统的医疗状况的发展。在这里，我们特别测试了从器官健康到心理健康结果的途径，因为英国生物银行参与者评估的时间顺序性（即身体健康先于脑成像和心理健康评估）。

我们测试了大脑灰质和白质的中介效应（图1b）的显著性。首先，我们分析了全局脑测量值的偏差评分，包括总灰质体积和所有白质束的平均FA。如果全局脑测量值显示出显著的中介效应，则进行区域分析。总体而言，我们发现了多条显著的途径，通过这些途径，较差的器官健康可能导致较差的大脑健康，进而导致较差的心理健康（图2和图3）。大脑结构对身体-心理健康的中介程度因器官系统而异。一般来说，大脑对直接影响心理健康结果的器官（即肌肉骨骼和免疫系统）显示出强大的中介效应。然而，观察到通过大脑将特定器官系统与心理健康症状联系起来的途径。例如，肺和心血管系统。具体而言，我们发现灰质对肺-抑郁（图2a）和肺-神经质（图2c）关联显示出显著的中介效应，但对肺-焦虑（图2b）关联没有显著的中介效应；白质对心血管-焦虑（图3b）和心血管-神经质（图3c）关联显示出显著的中介效应，但对心血管-抑郁（图3a）关联没有显著的中介效应。使用心理健康结果的总结评分进行的补充分析显示了与上述一致的结果，即除了肾脏系统外，所有器官的较差身体健康通过大脑结构的变化导致较差的心理健康。然而，当将分析限制在脑成像后评估焦虑症状的个体时，我们没有观察到大脑在介导较差器官健康与焦虑症状之间关系的显著效应。这种效应的减弱可能是由于该子样本的显著减少（n = 3,432）及其对统计功效的影响。此外，补充的组别特定分析显示，尽管大脑灰质仍然是肌肉骨骼-抑郁（P = 6.6 × 10−5）、免疫-抑郁（P = 1.1 × 10−3）、肝脏-抑郁（P = 1.8 × 10−3）和肾脏-抑郁（P = 0.045）关联的显著中介因素，但对于其他器官或焦虑和神经质的中介效应不显著。此外，我们没有在健康个体组中发现大脑的显著中介效应。患者和健康个体之间的不同发现可能是由于健康个体组的统计功效降低和症状的个体差异减少，以及两组之间发育轨迹和神经机制的潜在差异，这需要进一步研究。

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图4 大脑灰质和白质区域对身体-心理健康关联的中介效应. a. 抑郁（灰质）, b. 焦虑（灰质）, c. 神经质（灰质）, d. 抑郁（白质）, e. 焦虑（白质）, f. 神经质（白质）.

区域分析揭示了多个大脑灰质区域在介导身体健康与抑郁之间关系中的显著参与（图4a）。中介效应在颞叶、内侧额叶、岛叶和躯体运动区最为显著。其中一些区域也参与了器官健康对焦虑和神经质的影响。对于焦虑，中颞叶、上颞沟岸、下顶叶区域显示出最强的中介效应（图4b），而内侧眶额叶、岛叶和中央前回对神经质的中介效应最强（图4c）。在三个心理健康测量中，灰质体积对抑郁症状严重程度的影响最大，对焦虑的影响最弱。多个白质束介导了身体健康与抑郁症状之间的关系。较少白质束介导了焦虑和神经质的影响。中介效应最强的白质束包括抑郁的上额枕束（图4d）、焦虑的前放射冠（图4e）和神经质的后丘脑辐射（图4f）。对个体心理健康测量显示出显著中介效应的大脑区域在心理健康结果的总结评分中也显著。

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图5 生活方式因素通过身体和神经生物学途径影响抑郁严重程度

2.3 生活方式通过器官和大脑影响心理健康

包括吸烟、饮酒、缺乏运动、不良饮食和睡眠在内的生活方式因素是身体健康状况不佳和慢性疾病的已知风险因素。越来越多的证据表明，生活方式通过潜在的共享神经生物学途径对心理健康和心理健康产生影响。然而，关于生活方式通过身体健康和神经生物学变化影响心理健康的途径知之甚少。我们试图识别通过影响器官健康和大脑导致较差心理健康的生活方式因素（图1c）。我们选择了14种通常与身体和/或心理健康相关的生活方式因素。有趣的是，我们发现，尽管大多数在基线评估的生活方式因素与所有三个心理健康结果测量显著相关（P < 0.05，FDR校正14种生活方式因素 × 3种心理健康测量，共42次测试），但饮酒和饮食是例外。具体而言，我们发现更多的饮酒与较高的焦虑和神经质评分相关，但与抑郁无关，而油性鱼类、水果和蔬菜摄入量与较低的抑郁和神经质评分相关，但与较低的焦虑症状无关。在这些生活方式因素中，睡眠质量（即失眠、睡眠时间）和步行速度始终显示出与三个心理健康测量值的最强关联。

使用SEM（路径分析），我们发现较差的身体和大脑健康共同介导了基线生活方式暴露与抑郁和神经质心理健康结果之间的关联。然而，焦虑的中介效应不显著。通过大脑灰质，所有七个器官系统对抑郁的显著途径都被识别出来，但通过白质的途径不显著（图5）。相比之下，通过白质的显著途径对神经质的影响在五个器官系统中显著，包括免疫、肌肉骨骼、代谢、肝脏和肺系统（图6）。值得注意的是，我们发现一些生活方式因素，包括体力活动、久坐行为、饮食、睡眠质量、教育程度和社会经济不平等，通过影响多个身体和大脑系统来影响心理健康。相比之下，其他生活方式因素，特别是吸烟和饮酒，通过代谢和肺系统（图5c,f和6e,f）以及肌肉骨骼和肝脏系统（图6b,d）影响心理健康。

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图6 生活方式因素通过身体和神经生物学途径影响神经质.

3. 讨论

通过整合临床数据、脑成像和广泛的器官特异性生物标志物，我们首次阐明了涉及大脑作为中介因素的多种可能途径，通过这些途径，身体器官系统的健康状况不佳可能导致心理健康状况不佳。我们识别了可改变的生活方式因素，这些因素可能通过影响这些特定器官系统和神经生物学来改善心理健康。我们的工作提供了大脑、身体、生活方式和心理健康之间相互作用的综合模型。

抑郁症和/或焦虑症患者的躯体症状和身体共病越来越多地与免疫代谢失调（如慢性低度炎症和能量稳态失衡）相关联。我们的工作扩展了这一概念，表明抑郁症和焦虑症不仅与免疫和代谢系统的功能障碍有关，还与多个其他器官系统（特别是肌肉骨骼和肝脏系统）的健康状况不佳有关。重要的是，我们表明，身体健康与抑郁和焦虑之间的关联部分由大脑结构的个体差异介导。鉴于身体健康评估先于脑成像和心理健康问卷，我们的结果表明，多个器官系统（特别是肌肉骨骼、免疫、代谢和肝脏系统）的健康状况不佳可能导致随后的大脑结构变化，包括灰质体积减少和白质束微结构的变化。这些大脑结构的变化可能导致或加剧抑郁和焦虑症状以及神经质。

尽管全局大脑结构（即总灰质体积、平均FA）在介导心理健康结果中始终参与，但涉及的大脑区域的空间模式在抑郁、焦虑和神经质之间有所不同。具体而言，连接较差身体健康和较高抑郁症状严重程度的大脑灰质体积减少是广泛的。中介效应最强的区域位于眶额叶、颞叶和岛叶皮层以及一些顶叶区域。这些区域与先前报道的重度抑郁症神经病理学涉及的皮层区域基本一致。这表明，参与抑郁症神经病理学的区域可能也容易受到身体健康状况不佳的负面影响。尽管连接身体健康和较高神经质症状的大脑区域数量少于抑郁，但大多数区域一致地出现在眶额叶、岛叶和中央前区。相比之下，连接较差身体健康和较高焦虑症状严重程度的大脑灰质区域仅限于中颞叶和上颞叶区域，以及较小程度的岛叶，但不在额叶。这表明，抑郁、焦虑和神经质之间的身体健康-心理健康关系在颞叶和岛叶皮层中有共享的神经生物学途径，而眶额叶在抑郁和神经质中具有相对独特的作用。就白质而言，我们发现，连接抑郁、焦虑和神经质的途径中涉及的白质束在很大程度上是共享的。然而，上额枕束对抑郁的中介效应最强，而前放射冠和后丘脑辐射分别对焦虑和神经质的影响最大。值得注意的是，抑郁、焦虑和神经质的症状表现本质上是相关的，并且会随着时间的推移而波动。因此，与焦虑相关的相对独特的发现可能受到焦虑症状与大脑以及其他两个心理健康测量之间评估时间差异的影响。需要进一步的研究来验证大脑在连接身体健康和焦虑中的中介效应。此外，我们的研究侧重于从宏观角度描述神经生物学对身体-心理健康的影响。使用其他神经影像表型（如正电子发射断层扫描或神经递质、脑代谢物的磁共振波谱和神经炎症的自由水成像）的进一步工作将补充本文使用的MRI衍生表型，并提供对潜在分子途径的见解。

我们对生活方式和环境因素的调查为解释流行病学观察结果提供了生物学理解，这些观察结果将生活方式与心理健康风险和治疗结果联系起来。我们表明，生活方式对心理健康（特别是抑郁和神经质）的影响部分由多个器官的身体健康和大脑结构介导。这表明，尽管生活方式对心理健康有直接影响，但生活方式因素可以通过影响潜在的生理和大脑来影响心理健康。这表明，根据个人的身体健康和神经生物学个性化生活方式干预策略可能有益。更重要的是，我们表明，一些生活方式因素（如体力活动、睡眠和饮食）通过影响多个器官和大脑系统的生理功能来影响心理健康。因此，专注于这些因素的行为干预可能会为大多数个体带来改善的心理健康结果。相比之下，限制烟草吸烟和饮酒可能对代谢和肺功能受损以及肌肉骨骼和肝脏功能受损的个体有益。事实上，精神病学中的大多数生活方式改变计划主要关注体力活动。尽管它在改善心理健康方面显示出一定的效果，但这些人在身体健康结果方面的成功有限，关于其他生活方式因素的有效性数据稀缺。旨在改善身体和心理健康的综合干预措施可能会带来额外的健康益处。需要进一步的工作来确定本文揭示的途径是否会导致改善的身体和心理健康，并减少身体-心理共病的风险和不利影响。本文揭示的效应大小通常适中或较小，它们可能不一定具有临床意义。此外，社会联系与心理健康结果之间缺乏身体-大脑途径的中介效应可能表明心理社会因素对心理健康的直接影响。

本研究有几个局限性。首先，在英国生物银行的第一波研究中，脑成像和心理健康评估不可用，当时进行了身体健康评估。因此，我们无法评估随访时观察到的个体大脑结构和心理健康症状严重程度的变化是否与身体健康变化后的大脑结构和心理健康状态的纵向变化一致。其次，由于参与者的评估是顺序和非随机的，我们无法评估途径，即较差的心理健康可能通过影响大脑结构导致较差的身体健康，或大脑结构的变化可能通过影响身体健康导致较差的心理健康，或受损的身体健康可能导致生活方式活动减少，进而影响大脑和心理健康。第三，我们的发现是否特定于所考虑的精神疾病需要进一步调查，鉴于抑郁和焦虑的高度共病。使用心理健康结果的一般总结测量进行了补充分析以解决这一局限性。第四，英国生物银行队列主要由中老年白人英国参与者组成。需要进一步的工作来评估我们的发现在整个成年生命周期和不同种族和社会经济背景中的普遍性。这一点很重要，因为最大的身体-心理健康不平等往往存在于缺乏循证干预措施的低收入国家。最后，本研究侧重于大脑结构，未来使用其他神经影像模式（如功能MRI和脑代谢物的磁共振波谱）的工作需要进一步描述大脑在身体和心理健康之间复杂相互作用中的作用。

我们的工作提供了一个连接身体健康、神经生物学和心理健康结果的综合模型。我们的研究结果表明，大脑在介导身体和心理健康之间的关系中起着至关重要的作用，这是弥合心-身二元论的重要一步。本文识别的可改变的生活方式因素可能为开发有针对性的干预措施提供信息，以协同改善身体和心理健康。

4. 方法

4.1 参与者

身体、生理、血液和尿液表型以及神经影像数据来自英国生物银行。英国生物银行是一个大规模的生物医学数据库和研究资源，包含约50万名参与者的遗传、生活方式和健康信息。英国生物银行获得了西北多中心研究伦理委员会（MREC）的批准，以获取和传播参与者的数据和样本。所有参与者均提供了书面知情同意书。

本研究分析了英国生物银行队列的一个子集（n = 18,083，7,455名男性）。他们在招募时（2006-2010年）年龄为40-70岁（平均53.7 ± 7.3岁），并接受了广泛的身体和生理评估、血液和尿液样本检测以及环境和生活方式因素的问卷调查。多模态脑成像在4-14年后（2014-2020年）进行，年龄为45-83岁（平均62.7 ± 7.5岁）。在这些个体中，7,749名个体（3,774名男性）没有任何临床诊断的重大医疗和精神疾病；10,334名个体（3,659名男性）报告有四种常见精神疾病之一的终身诊断，包括精神分裂症（n = 67）、双相情感障碍（n = 592）、抑郁症（n = 9,817）和广泛性焦虑症（n = 2,041）。诊断和医疗信息通过自我报告（英国生物银行字段ID：20002）和与英国国家医疗服务（字段ID：41270；41271；42040）的医疗记录链接获得。

4.2 器官健康评分

为每个器官系统和每个个体估计了器官健康评分。计算器官健康评分的方法先前已描述。简而言之，该方法涉及两个主要步骤。第一步是使用广义加性模型（GAMLSS）为每个身体表型建立年龄和性别特定的正常参考范围（中位数和百分位数），这些表型来自身体和生理评估以及血液和尿液检测。尽管存在其他正常建模方法，但由于其在建模非线性轨迹方面的稳健性和灵活性，本文使用了GAMLSS。总共73个身体表型被纳入本分析，并根据其已知的功能相关性分为七个器官系统（心血管、肺、肌肉骨骼、免疫、肾脏、肝脏和代谢）。为每个表型和每个个体计算了标准化偏差评分，量化了个体与正常参考中位数的标准偏差数（正负）。第二步是在器官系统水平上总结表型偏差评分，以得出每个器官和每个个体的单一健康评分。器官健康评分是特定器官系统所有身体表型偏差评分（z评分）的加权和。权重根据每个表型在区分健康个体和患者组中的重要性进行估计，患者组（1）被诊断出主要影响所考虑器官的一种或多种慢性疾病；（2）没有共病的精神疾病。器官健康评分量化了个体的器官健康和功能与年龄和性别特定的人群中位数的偏离程度。器官健康评分经过校准，使得零分表示正常器官功能（人群中位数），而负值表示控制年龄和性别后的器官健康受损。

4.3 MRI衍生的大脑表型

区域皮层（Desikan-Killiany图谱）和皮层下灰质体积以及骨架化白质束的平均分数各向异性（FA）（JHU ICBM-DTI-81图谱）来自英国生物银行的T1加权和扩散MRI。图像处理流程、伪影去除、跨模态和跨个体图像对齐、质量控制和表型估计在其他地方详细描述，并在英国生物银行脑成像文档中提供。区域测量值在左右半球之间取平均值，得到33个灰质和27个白质区域指标。基于先前描述的规范参考范围，为每个区域指标和两个全局测量值（即总灰质体积、所有白质束的平均FA）计算了标准化偏差评分。

4.4 心理健康测量

抑郁症状严重程度使用最近抑郁症状（RDS-4）量表在脑扫描当天进行评估。它包括四个自我报告问题，评估过去两周内抑郁情绪（字段ID：2050）、无热情/无兴趣（2060）、紧张/不安（2070）和疲劳/嗜睡（2080）的频率。回答编码为：1，完全没有；2，几天；3，超过一半的天数；4，几乎每天。分数在四个变量之间求和，得出最近状态抑郁的总结。分数在我们的研究中重新调整，使得零分表示没有最近的抑郁症状。RDS-4量表已被最近的一项研究验证并推荐用于调查状态依赖性抑郁症状。

焦虑症状严重程度使用广泛性焦虑症（GAD-7）量表在单独的在线随访中进行评估。该量表包括七个问题，评估过去两周内容易恼怒或易怒（20505）、紧张或焦虑感（20506）、无法停止或控制担忧（20509）、不祥预感（20512）、难以放松（20515）、不安（20516）和过度担忧不同事物（20520）的频率。回答编码与RDS-4量表相同。

神经质使用艾森克神经质（N-12）量表在脑扫描当天进行评估。神经质评分由12个问题评估，包括情绪波动（1920）、痛苦感（1930）、易怒（1940）、敏感/受伤感（1950）、厌倦感（1960）、紧张感（1970）、担忧/焦虑感（1980）、紧张/高度紧张（1990）、尴尬后长时间担忧（2000）、神经衰弱（2010）、孤独/孤立（2020）和内疚感（2030）。回答编码为：1，是；0，否。

4.5 结构方程建模（路径分析）

首先使用SEM测试从器官系统的身体健康（外生变量）到心理健康（结果）通过大脑（中介）的途径（a × b，图1b）的显著性。为每个器官系统和每种脑组织类型（灰质和白质）以及抑郁、焦虑和神经质分别制定了一个SEM。对于被认为具有统计学意义的路径，我们接下来测试了从生活方式因素（外生）到心理健康（结果）通过身体健康（中介）和大脑（中介）的途径（a × b × d，图1c）的显著性。同样，为每个生活方式因素分别制定了一个SEM。使用R中的lavaan包（版本0.6-16）估计每条路径的回归系数。在模型拟合之前，所有变量均通过所有个体的均值和标准差进行归一化，以确保回归系数的幅度在模型之间具有可比性。模型重复拟合5,000次自举样本以估计置信区间。每条路径的P值由估计系数大于（正效应）或小于（负效应）零的自举样本比例给出。FDR进一步控制在0.05，跨测试的中介效应集。每个SEM模型的拟合优度使用以下三个指数进行评估：比较拟合指数（CFI）、近似均方根误差（RMSEA）和标准化均方根残差（SRMR），如先前所推荐。由于卡方统计量对样本量敏感，因此未考虑。如果CFI > 0.90或RMSEA < 0.05或SRMR < 0.08，则认为模型令人满意。

SEM的局限性应予以注意，包括变量之间线性关系的假设、需要大样本量以及模型错误识别的可能性。模型错误识别通常是具有许多参数的复杂模型的问题。我们分析了具有身体表型数据的最大神经影像队列之一，并考虑了相对简单的模型以最小化错误识别风险。未来的工作可以侧重于测试非线性大脑-身体途径的证据，尽管这可能需要比本文使用的更有针对性的分析框架。

4.6 心理健康结果的总结测量

使用主成分分析得出抑郁、焦虑和神经质的心理健康状态的一般总结测量。第一个主成分解释了68.8%的方差，并在补充分析中用作总结测量。

4.7 环境和生活方式因素

本研究共纳入了14个变量，涉及个体在生活方式和环境暴露方面的差异。这些变量来自英国生物银行的基线问卷调查。为了使数据更直观易懂，我们对部分变量进行了整理。具体的整理程序详见其他文献。

• 体力活动：通过通常的步行速度（字段ID：924，1=慢速；2=稳定平均速度；3=快速）和每周进行步行、中等强度活动及剧烈活动的天数总和（字段ID：22033）进行评估。
• 睡眠质量：通过失眠/睡眠障碍（字段ID：1200，1=从不/很少；2=有时；3=通常）和睡眠时长（字段ID：1160）进行评估。每晚7-8小时的睡眠被标记为“良好睡眠时长”。
• 饮食：分别通过油性鱼类摄入量（字段ID：1329，0=从不；1=每周少于一次；2=每周一次；3=每周两到四次；4=每周五到六次；5=每天一次或更多）、加工肉类摄入量（字段ID：1349，0=从不；1=每周少于一次；2=每周一次；3=每周两到四次；4=每周五到六次；5=每天一次或更多）、添加到食物中的盐（字段ID：1478，1=从不/很少；2=有时；3=通常；4=总是）以及总体水果和蔬菜摄入量（每天）进行评估。总体水果和蔬菜摄入量是新鲜水果（字段ID：1309）、干果（字段ID：1319）、沙拉/生蔬菜（字段ID：1299）和熟蔬菜（字段ID：1289）摄入量的总和。
• 吸烟：当前吸烟情况（字段ID：1329）的回答被重新编码为：0=否；1=仅偶尔；2=是，大多数或所有天，以便更高的分数表示当前吸烟的频率更高。
• 饮酒：通过结合每个人对各种饮料类型的每周和每月摄入量的问卷回答，计算了平均每周酒精消费量（以英国标准单位计），包括红酒、白葡萄酒/香槟、烈酒和强化葡萄酒（字段ID：1568，1578，1588，1598，1608，4407，4418，4429，4440，4451）。具体而言，每周酒精摄入数据来自表示每周饮酒超过一次或两次的个体，而每月酒精摄入数据来自每月饮酒一到三次或在特殊场合饮酒的个体。表示从不饮酒的个体（字段ID：2017）的酒精消费量设为零。
• 久坐行为：通过每天看电视的小时数（字段ID：1070）进行评估。
• 社会隔离指数：通过总结以下三个测量值计算得出：家庭中共同生活的人数（字段ID：709，独居得一分），朋友/家人访问的频率（字段ID：1031，回答每月一次、每几个月一次、从不或几乎从不、没有家庭外朋友/家人的个体得一分），以及每周一次或更频繁地参与休闲/社交活动（字段ID：6160，回答无的个体得一分）。
• 教育水平：通过大学或大学学位资格（字段ID：6138；1=是；0=否）进行索引。
• 社会经济地位：通过汤森剥夺指数（字段ID：22189）进行索引。
• 参考文献：Brain, lifestyle and environmental pathwayslinking physical and mental health.