An important goal of environmental health research is to assess the health risks posed by mixtures of multiple environmental exposures. In these mixtures analyses, flexible models like Bayesian kernel machine regression and multiple index models are appealing because they allow for arbitrary non-linear exposure-outcome relationships. However, this flexibility comes at the cost of low power, particularly when exposures are highly correlated and the health effects are weak, as is typical in environmental health studies. We propose a multivariate index modelling strategy that borrows strength across exposures and outcomes by exploiting similar mixture component weights and exposure-response relationships. In the special case of distributed lag models, in which exposures are measured repeatedly over time, we jointly encourage co-clustering of lag profiles and exposure-response curves to more efficiently identify critical windows of vulnerability and characterize important exposure effects. We then extend the proposed approach to the multiple index model setting where the true index structure -- the number of indices and their composition -- is unknown, and introduce variable importance measures to quantify component contributions to mixture effects. Using time series data from the National Morbidity, Mortality and Air Pollution Study, we demonstrate the proposed methods by jointly modelling three mortality outcomes and two cumulative air pollution measurements with a maximum lag of 14 days.


翻译:环境健康研究的一个重要目标是评估多种环境暴露混合物所带来的健康风险。在这些混合物分析中,贝叶斯核机器回归和多指数模型等灵活模型具有吸引力,因为它们允许任意的非线性暴露-结局关系。然而,这种灵活性是以低统计功效为代价的,特别是在暴露高度相关且健康效应较弱的情况下——这恰恰是环境健康研究的典型特征。我们提出了一种多元指数建模策略,通过利用相似的混合物组分权重和暴露-反应关系,在多个暴露和结局之间借用统计强度。在分布滞后模型这一特殊情况下(其中暴露随时间重复测量),我们联合促进滞后分布曲线和暴露-反应曲线的共聚类,以更有效地识别脆弱性的关键窗口并表征重要的暴露效应。随后,我们将所提出的方法扩展到多指数模型框架,其中真实的指数结构(指数数量及其构成)是未知的,并引入了变量重要性度量来量化各组分对混合物效应的贡献。利用国家发病率、死亡率与空气污染研究的时间序列数据,我们通过联合建模三种死亡率结局和两种最大滞后14天的累积空气污染测量值,展示了所提出的方法。

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