People's differences in cognitive functions are partly heritable and are associated with important life outcomes. Previous genome-wide association (GWA) studies of cognitive functions have found evidence for polygenic effects yet, to date, there are few replicated genetic associations. Here we use data from the UK Biobank sample to investigate the genetic contributions to variation in tests of three cognitive functions and in educational attainment. GWA analyses were performed for verbal-numerical reasoning (N=36 035), memory (N=112 067), reaction time (N=111 483) and for the attainment of a college or a university degree (N=111 114). We report genome-wide significant single-nucleotide polymorphism (SNP)-based associations in 20 genomic regions, and significant gene-based findings in 46 regions. These include findings in the ATXN2, CYP2DG, APBA1 and CADM2 genes. We report replication of these hits in published GWA studies of cognitive function, educational attainment and childhood intelligence. There is also replication, in UK Biobank, of SNP hits reported previously in GWA studies of educational attainment and cognitive function. GCTA-GREML analyses, using common SNPs (minor allele frequency>0.01), indicated significant SNP-based heritabilities of 31% (s.e.m.=1.8%) for verbal-numerical reasoning, 5% (s.e.m.=0.6%) for memory, 11% (s.e.m.=0.6%) for reaction time and 21% (s.e.m.=0.6%) for educational attainment. Polygenic score analyses indicate that up to 5% of the variance in cognitive test scores can be predicted in an independent cohort. The genomic regions identified include several novel loci, some of which have been associated with intracranial volume, neurodegeneration, Alzheimer's disease and schizophrenia.

Objectives UK Biobank is a landmark cohort of over 500,000 participants which will be used to investigate genetic and non-genetic risk factors for a wide range of adverse health outcomes. This is the first study to systematically assess the prevalence and validity of proposed criteria for probable mood disorders within the cohort (major depression and bipolar disorder). Methods This was a descriptive epidemiological study of 172,751 individuals assessed for a lifetime history of mood disorder in relation to a range of demographic, social, lifestyle, personality and health-related factors. The main outcomes were prevalence of a probable lifetime (single) episode of major depression, probable recurrent major depressive disorder (moderate), probable recurrent major depressive disorder (severe), probable bipolar disorder and no history of mood disorder (comparison group). Outcomes were compared on age, gender, ethnicity, socioeconomic status, educational attainment, functioning, self-reported health status, current depressive symptoms, neuroticism score, smoking status and alcohol use. Results Prevalence rates for probable single lifetime episode of major depression (6.4%), probable recurrent major depression (moderate) (12.2%), probable recurrent major depression (severe) (7.2%) and probable bipolar disorder (1.3%) were comparable to those found in other population studies. The proposed diagnostic criteria have promising validity, with a gradient in evidence from no mood disorder through major depression and probable bipolar disorder in terms of gender distribution, socioeconomic status, self-reported health rating, current depressive symptoms and smoking. Significance The validity of our proposed criteria for probable major depression and probable bipolar disorder within this cohort are supported by these cross-sectional analyses. Our findings are likely to prove useful as a framework for a wide range of future genetic and non-genetic studies.

Causes of the well-documented association between low levels of cognitive functioning and many adverse neuropsychiatric outcomes, poorer physical health and earlier death remain unknown. We used linkage disequilibrium regression and polygenic profile scoring to test for shared genetic aetiology between cognitive functions and neuropsychiatric disorders and physical health. Using information provided by many published genome-wide association study consortia, we created polygenic profile scores for 24 vascular–metabolic, neuropsychiatric, physiological–anthropometric and cognitive traits in the participants of UK Biobank, a very large population-based sample (N=112 151). Pleiotropy between cognitive and health traits was quantified by deriving genetic correlations using summary genome-wide association study statistics and to the method of linkage disequilibrium score regression. Substantial and significant genetic correlations were observed between cognitive test scores in the UK Biobank sample and many of the mental and physical health-related traits and disorders assessed here. In addition, highly significant associations were observed between the cognitive test scores in the UK Biobank sample and many polygenic profile scores, including coronary artery disease, stroke, Alzheimer’s disease, schizophrenia, autism, major depressive disorder, body mass index, intracranial volume, infant head circumference and childhood cognitive ability. Where disease diagnosis was available for UK Biobank participants, we were able to show that these results were not confounded by those who had the relevant disease. These findings indicate that a substantial level of pleiotropy exists between cognitive abilities and many human mental and physical health disorders and traits and that it can be used to predict phenotypic variance across samples.

Disruption of sleep and circadian rhythmicity is a core feature of mood disorders and might be associated with increased susceptibility to such disorders. Previous studies in this area have used subjective reports of activity and sleep patterns, but the availability of accelerometer-based data from UK Biobank participants permits the derivation and analysis of new, objectively ascertained circadian rhythmicity parameters. We examined associations between objectively assessed circadian rhythmicity and mental health and wellbeing phenotypes, including lifetime history of mood disorder.UK residents aged 37-73 years were recruited into the UK Biobank general population cohort from 2006 to 2010. We used data from a subset of participants whose activity levels were recorded by wearing a wrist-worn accelerometer for 7 days. From these data, we derived a circadian relative amplitude variable, which is a measure of the extent to which circadian rhythmicity of rest-activity cycles is disrupted. In the same sample, we examined cross-sectional associations between low relative amplitude and mood disorder, wellbeing, and cognitive variables using a series of regression models. Our final model adjusted for age and season at the time that accelerometry started, sex, ethnic origin, Townsend deprivation score, smoking status, alcohol intake, educational attainment, overall mean acceleration recorded by accelerometry, body-mass index, and a binary measure of childhood trauma.We included 91 105 participants with accelerometery data collected between 2013 and 2015 in our analyses. A one-quintile reduction in relative amplitude was associated with increased risk of lifetime major depressive disorder (odds ratio [OR] 1·06, 95% CI 1·04-1·08) and lifetime bipolar disorder (1·11, 1·03-1·20), as well as with greater mood instability (1·02, 1·01-1·04), higher neuroticism scores (incident rate ratio 1·01, 1·01-1·02), more subjective loneliness (OR 1·09, 1·07-1·11), lower happiness (0·91, 0·90-0·93), lower health satisfaction (0·90, 0·89-0·91), and slower reaction times (linear regression coefficient 1·75, 1·05-2·45). These associations were independent of demographic, lifestyle, education, and overall activity confounders.Circadian disruption is reliably associated with various adverse mental health and wellbeing outcomes, including major depressive disorder and bipolar disorder. Lower relative amplitude might be linked to increased susceptibility to mood disorders.Lister Institute of Preventive Medicine.

Background UK Biobank is a well-characterised cohort of over 500 000 participants including genetics, environmental data and imaging. An online mental health questionnaire was designed for UK Biobank participants to expand its potential. Aims Describe the development, implementation and results of this questionnaire. Method An expert working group designed the questionnaire, using established measures where possible, and consulting a patient group. Operational criteria were agreed for defining likely disorder and risk states, including lifetime depression, mania/hypomania, generalised anxiety disorder, unusual experiences and self-harm, and current post-traumatic stress and hazardous/harmful alcohol use. Results A total of 157 366 completed online questionnaires were available by August 2017. Participants were aged 45–82 (53% were ≥65 years) and 57% women. Comparison of self-reported diagnosed mental disorder with a contemporary study shows a similar prevalence, despite respondents being of higher average socioeconomic status. Lifetime depression was a common finding, with 24% (37 434) of participants meeting criteria and current hazardous/harmful alcohol use criteria were met by 21% (32 602), whereas other criteria were met by less than 8% of the participants. There was extensive comorbidity among the syndromes. Mental disorders were associated with a high neuroticism score, adverse life events and long-term illness; addiction and bipolar affective disorder in particular were associated with measures of deprivation. Conclusions The UK Biobank questionnaire represents a very large mental health survey in itself, and the results presented here show high face validity, although caution is needed because of selection bias. Built into UK Biobank, these data intersect with other health data to offer unparalleled potential for crosscutting biomedical research involving mental health.

Background UK Biobank is a well-characterised cohort of over 500 000 participants that offers unique opportunities to investigate multiple diseases and risk factors. Aims An online mental health questionnaire completed by UK Biobank participants was expected to expand the potential for research into mental disorders. Method An expert working group designed the questionnaire, using established measures where possible, and consulting with a patient group regarding acceptability. Case definitions were defined using operational criteria for lifetime depression, mania, anxiety disorder, psychotic-like experiences and self-harm, as well as current post-traumatic stress and alcohol use disorders. Results 157 366 completed online questionnaires were available by August 2017. Comparison of self-reported diagnosed mental disorder with a contemporary study shows a similar prevalence, despite respondents being of higher average socioeconomic status than the general population across a range of indicators. Thirty-five per cent (55 750) of participants had at least one defined syndrome, of which lifetime depression was the most common at 24% (37 434). There was extensive comorbidity among the syndromes. Mental disorders were associated with high neuroticism score, adverse life events and long-term illness; addiction and bipolar affective disorder in particular were associated with measures of deprivation. Conclusions The questionnaire represents a very large mental health survey in itself, and the results presented here show high face validity, although caution is needed owing to selection bias. Built into UK Biobank, these data intersect with other health data to offer unparalleled potential for crosscutting biomedical research involving mental health. Declaration of interest G.B. received grants from the National Institute for Health Research during the study; and support from Illumina Ltd. and the European Commission outside the submitted work. B.C. received grants from the Scottish Executive Chief Scientist Office and from The Dr Mortimer and Theresa Sackler Foundation during the study. C.S. received grants from the Medical Research Council and Wellcome Trust during the study, and is the Chief Scientist for UK Biobank. M.H. received grants from the Innovative Medicines Initiative via the RADAR-CNS programme and personal fees as an expert witness outside the submitted work.

Abstract We present a genome-wide association study of a general happiness measure in 118,851 participants from the UK Biobank. Using BOLT-LMM, we identify 3 significant loci with a heritability estimate of 0.8%. Linkage disequilibrium score regression was performed on the ‘big five’ personality traits finding significant associations with lower neuroticism and higher extraversion and conscientiousness. Using a novel approach, we construct LDpred-inf polygenic risk scores in the Adolescent Brain Cognitive Development (ABCD) cohort and the Add Health cohort. We detected nominally significant associations with several well-being measures in ABCD and significant correlations with a happiness measure in Add Health. Additionally, we tested for associations with several brain regions in a white British subsample of UK Biobank finding significant associations with several brain structure and integrity phenotypes. We demonstrated a genetic basis for general happiness level and brain structure that appears to remain consistent throughout the lifespan and across multiple ancestral backgrounds. Author summary At the genetic level, there has been little investigation into whether people may have a baseline happiness level which varies from person to person. Here we perform a genetic analysis in the UK Biobank to identify three genetic loci that associate with general happiness level and preform genetic correlations of our results with the ‘Big Five’ personality traits, identifying significant correlations with neuroticism, conscientiousness and extraversion. We use the resulting summary statistics to create LDpred-inf polygenic risk scores in UK biobank identifying several brain metrics and regions associate with genetic loading for general happiness level. We also use a novel method to create LDpred-inf polygenic risk scores in two other cohorts, ABCD and Add Health. We found significant correlations with an independent happiness measure in Add Health and nominally significant correlations with several well-being measures in ABCD in both those of European Ancestry and all other ancestries found in these cohorts. We also attempted to replicate our UK Biobank MRi finding in ABCD. We conclude there is evidence that individuals have a general happiness level that is in part genetic which spans across age and ancestry.

Abstract Risk-taking behaviour is a key component of several psychiatric disorders and could influence lifestyle choices such as smoking, alcohol use and diet. As a phenotype, risk-taking behaviour therefore fits within a Research Domain Criteria (RDoC) approach, whereby identifying genetic determinants of this trait has the potential to improve our understanding across different psychiatric disorders. Here we report a genome wide association study in 116 255 UK Biobank participants who responded yes/no to the question “Would you consider yourself a risk-taker?” Risk-takers (compared to controls) were more likely to be men, smokers and have a history of psychiatric disorder. Genetic loci associated with risk-taking behaviour were identified on chromosomes 3 (rs13084531) and 6 (rs9379971). The effects of both lead SNPs were comparable between men and women. The chromosome 3 locus highlights CADM2 , previously implicated in cognitive and executive functions, but the chromosome 6 locus is challenging to interpret due to the complexity of the HLA region. Risk-taking behaviour shared significant genetic risk with schizophrenia, bipolar disorder, attention deficit hyperactivity disorder and post-traumatic stress disorder, as well as with smoking and total obesity. Despite being based on only a single question, this study furthers our understanding of the biology of risk-taking behaviour, a trait which has a major impact on a range of common physical and mental health disorders.

Objectives: Atherosclerosis is the underlying cause of most cardiovascular disease, but mechanisms underlying atherosclerosis are incompletely understood. Ultra-sound measurement of the carotid artery intima-media thickness (cIMT) can be used to measure vascular remodelling, which is indicative of atherosclerosis. Genome-wide association studies have identified a number of genetic loci associated with cIMT, but heterogeneity of measurements collected by many small cohorts have been a major limitation in these efforts. Here we conducted genome-wide association analyses in UK Biobank (N=22,179), the largest single study with consistent cIMT measurements. Approach and results: We used BOLT-LMM to run linear regression of cIMT in UK Biobank, adjusted for age, sex, genotyping platform and population structure. In white British participants, we identified 4 novel loci associated with cIMT and replicated most previously reported loci. In the first sex-specific analyses of cIMT, we identified a female-specific locus on Chromosome 5, associated with cIMT in women only and highlight VCAN as a good candidate gene at this locus. Genetic correlations with body-mass index and glucometabolic traits were also observed. Conclusion: These findings replicate previously reported associations, highlight novel biology and provide new directions for investigating the sex differences observed in cardiovascular disease presentation and progression.

The causes of the known associations between poorer cognitive function and many adverse neuropsychiatric outcomes, poorer physical health, and earlier death remain unknown. We used linkage disequilibrium regression and polygenic profile scoring to test for shared genetic aetiology between cognitive functions and neuropsychiatric disorders and physical health. Using information provided by many published genome-wide association study consortia, we created polygenic profile scores for 24 vascular-metabolic, neuropsychiatric, physiological-anthropometric, and cognitive traits in the participants of UK Biobank, a very large population-based sample (N = 112 151). Pleiotropy between cognitive and health traits was quantified by deriving genetic correlations using summary genome-wide association study statistics applied to the method of linkage disequilibrium regression. Substantial and significant genetic correlations were observed between cognitive test scores in the UK Biobank sample and many of the mental and physical health-related traits and disorders assessed here. In addition, highly significant associations were observed between the cognitive test scores in the UK Biobank sample and many polygenic profile scores, including coronary artery disease, stroke, Alzheimer's disease, schizophrenia, autism, major depressive disorder, BMI, intracranial volume, infant head circumference, and childhood cognitive ability. Where disease diagnosis was available for UK Biobank participants we were able to show that these results were not confounded by those who had the relevant disease. These findings indicate that a substantial level of pleiotropy exists between cognitive abilities and many human mental and physical health disorders and traits and that it can be used to predict phenotypic variance across samples.