オントロジーと深層学習の融合による生命情報推論システム

• Project/Area Number: 18K11522
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 62010:Life, health and medical informatics-related
• Research Institution: Fujitsu Limited (Fujitsu Research)
• Principal Investigator: 村上 勝彦 富士通株式会社(富士通研究所), その他部局等, 研究員 (30344055)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高松 邦彦 東京工業大学, 企画本部, マネジメント教授 (80392017)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: ナレッジグラフ / オントロジー / 遺伝子 / 推論 / 分散表現 / 自然言語処理 / 疾患 / 薬剤 / 深層学習 / 知識表現 / 遺伝子変異 / セマンティックウェブ

Outline of Annual Research Achievements

この研究の主な目指すところは、新しい推論技術の開発であり、そのためには専門家が策定したオントロジー（用語とその関係性）と、テキストから自動的に生成される分散表現（多次元ベクトル）を結合的に利用する。これまでに、テストケースとして採用される分野を厳選し、「がん」と「アルツハイマー」を選択した。これらの特定の領域で、テキストデータ、オントロジーデータ、そして主に知識を表現することに注目したデータベースの使用を考慮している。
分散表現の取得手法は大きく二つに分けられる。一つは自然言語のコーパスデータを活用して分散表現を取得する「自然言語志向」の方法であり、もう一つはより体系的に整理された情報が格納されたグラフデータベースからエンティティと関連性を抽出する「グラフ志向」の方法である。この研究では、これらの二つのアプローチを平行して推進している。
昨年度までで、自然言語志向のアプローチとして、PubMed Central (PMC) のテキストデータの一部を自動取得した。また、アルツハイマーのGWASや疾患の分子機序に関するデータベースのデータを用いて、グラフ志向の手法で分散表現の構築を行った。Alzheimer's disease ontology (ADO)やAlzPathwayなどの複数のデータベースから抽出可能な関係性を収集し、ComplExなどの方法を使用して、グラフに基づく知識グラフの分散表現の学習を進めた。さらに、テキストから得られる分散表現とグラフから得られる分散表現を比較し、一部の不一致を自動修正した。本年度は、これらの結果を多角的な視点から評価することをおこなった。

Research Products

• [Journal Article] Deciphering the code of the novel "The Dancing Men" (2023)
  • Author(s): Murakami Katsuhiko、Kishida Aoi、Ito Hibiki、Matsumoto Sayaka、Takamatsu Kunihiko
  • Journal Title: 12th International Conference on Smart Computing and Artificial Intelligence (SCAI 2022-Winter) Volume: - Pages: 296-297
  • DOI: 10.1109/icsc56153.2023.00060
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 説明可能な AI （XAI） によるがんゲノム医療支援 (2022)
  • Author(s): 阿部 修也、村上 勝彦
  • Journal Title: 開発リーダー Volume: 19 Pages: 13-15
• [Journal Article] ゲノム医療を推進するAI技術 : 文献検索AI,病原性を予測するXAI(説明可能なAI) (2021)
  • Author(s): 村上, 勝彦 森田, 一 光石, 豊 馬場, 謙介 マルティネス, アンデル グェン, レ アン 多湖, 真一郎 小林, 賢司 阿部, 修也 富士, 秀
  • Journal Title: オペレーションズ・リサーチ Volume: 66 Pages: 422-429
• [Journal Article] がんゲノム医療に向けたナレッジグラフと予後情報を活用した論文検索システム (2020)
  • Author(s): 村上勝彦 富士秀
  • Journal Title: JMAI Letter Volume: -
• [Journal Article] BioHackathon series in 2013 and 2014: improvements of semantic interoperability in life science data and services (2019)
  • Author(s): Toshiaki, Katayama, et. al.
  • Journal Title: F1000Research Volume: 8 Pages: 1-25
  • DOI: 10.12688/f1000research.18238.1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 第1 回ナレッジグラフ推論チャレンジ2018 開催報告─説明性のある人工知能システムを目指して─ (2019)
  • Author(s): 川村 隆浩 江上 周作 田村 光太郎 外園 康智 鵜飼 孝典 小柳 佑介 西野 文人 岡嶋 成司 村上 勝彦 高松 邦彦 杉浦 あおい 白松 俊 張 翔宇 古崎 晃司
  • Journal Title: 人工知能学会誌 Volume: 34 Pages: 396-412
  • NAID: 130007658351
  • Open Access
• [Journal Article] 思考を綴る AI がゲノム医療の新たなステージを拓く (2019)
  • Author(s): 岡本青史、多湖真一郎、村上勝彦
  • Journal Title: BIO Clinica Volume: 34 Pages: 48-54
• [Journal Article] 遺伝子情報の意味解析 (2018)
  • Author(s): 村上勝彦
  • Journal Title: Farumashia Volume: 54 Issue: 9 Pages: 862-866
  • DOI: 10.14894/faruawpsj.54.9_862
  • NAID: 130007479843
  • ISSN: 0014-8601, 2189-7026
  • Open Access
• [Journal Article] Non-negative matrix factorization with information expansion using item class information (2018)
  • Author(s): 村上勝彦
  • Journal Title: Proceedings of the Annual Conference of JSAI Volume: JSAI2018 Issue: 0 Pages: 3Pin107-3Pin107
  • DOI: 10.11517/pjsai.JSAI2018.0_3Pin107
  • NAID: 130007424342
  • Open Access
• [Journal Article] Evaluation of Database Annotation to Determine Human Mitochondrial Proteins (2018)
  • Author(s): Katsuhiko Murakami, Masaharu Sugita
  • Journal Title: International Journal of Bioscience, Biochemistry and Bioinformatics Volume: 8 Issue: 4 Pages: 210-217
  • DOI: 10.17706/ijbbb.2018.8.4.210-217
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Biomarker discovery by integrated joint non-negative matrix factorization and pathway signature analyses (2018)
  • Author(s): Fujita, N., Mizuarai, S., Murakami, K. & Nakai, K.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41598-018-28066-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Deciphering the code of the novel "The Dancing Men" (2023)
  • Author(s): Katsuhiko Murakami, Aoi Kishida, Hibiki Ito, Sayaka Matsumoto, Kunihiko Takamatsu
  • Organizer: 2023 IEEE 17th International Conference on Semantic Computing (ICSC)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gene expression analysis for biomarker discovery from contaminated mixed tumor samples (2022)
  • Author(s): katsuhiko murakami
  • Organizer: 12th International Conference on Smart Computing and Artificial Intelligence (SCAI 2022-Winter)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 医師の負担軽減をめざす医療文献検索AIシステム (2020)
  • Author(s): 村上 勝彦、他９名
  • Organizer: 日本オペレーションズ・リサーチ学会
  • Invited
• [Presentation] ネットワーク構造を利用した知識グラフの埋込 (2020)
  • Author(s): 村上勝彦
  • Organizer: 2020年度人工知能学会全国大会
• [Presentation] がんゲノム医療に向けたナレッジグラフと予後情報を活用した論文検索システム (2020)
  • Author(s): 村上勝彦, 富士秀
  • Organizer: 日本メディカルAI学会
• [Presentation] Report on the First Knowledge Graph Reasoning Challenge 2018 Toward the eXplainable AI System (2019)
  • Author(s): akahiro Kawamura, Shusaku Egami, Koutarou Tamura, Yasunori Hokazono, Takanori Ugai, Yusuke Koyanagi, Fumihito Nishino, Seiji Okajima, Katsuhiko Murakami, Kunihiko Takamatsu, Aoi Sugiura, Shun Shiramatsu, Xiangyu Zhang, Kouji Kozaki
  • Organizer: Proceedings of the 9th Joint International Semantic Technology Conference (JIST2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] サンプル混合度を考慮した遺伝子発現量のがんバイオマーカー探索 (2019)
  • Author(s): 村上勝彦
  • Organizer: 2019年度人工知能学会全国大会
• [Presentation] アイテムのクラス情報を利用した非負値行列分解NMF (2018)
  • Author(s): 村上勝彦
  • Organizer: 2018年度人工知能学会全国大会（第32回）
• [Book] “医薬品・医療機器・再生医療”開発におけるオープンイノベーションの取り組み 事例集 (2018)
  • Author(s): 60名
  • Total Pages: 422
  • Publisher: 技術情報協会
  • ISBN: 4861047226