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Development of a Diagnostic Method for Epilepsy by Machine Learning Using Novel EEG Biomarkers

Research Project

Project/Area Number 19K07964
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 52020:Neurology-related
Research InstitutionInternational University of Health and Welfare (2020-2023)
Kyushu University (2019)

Principal Investigator

Uehara Taira  国際医療福祉大学, 医学部, 准教授 (30631585)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 重藤 寛史  九州大学, 医学研究院, 教授 (50335965)
迎 伸孝  九州大学, 大学病院, 助教 (60532843)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywordsてんかん / 脳波 / 機械学習 / 発作間欠期てんかん性放電 / バイオマーカー
Outline of Research at the Start

発作間欠期てんかん性放電(IED)の過剰判読や、IEDの感度が低いことがてんかんの診断における問題になっており、IEDによらない客観的な診断手法の開発が必要である。本研究では、①頭蓋内外脳波の同時記録を解析し、IEDの遠隔効果による脳波変化を複数探索し、②同定した脳波指標とMRIを用いた機械学習を行い、てんかんか否かを自動判別する手法を開発する。頭蓋内脳波の裏付けに基づいた脳波指標を用いる点、複数のモダリティーを融合する点に本研究の独自性がある。脳波もMRIも広く普及している設備であり、本研究で精度の高い自動診断手法が得られれば、その波及効果は大きい。

Outline of Final Research Achievements

In focal epilepsy, particularly mesial temporal lobe epilepsy, many interictal epileptiform discharges (IEDs) are not visible on scalp electroencephalography (EEG). We developed a method to detect such "invisible" IEDs using machine learning. We conducted simultaneous recordings of intracranial and scalp EEGs in patients with focal epilepsy. By identifying hippocampal IEDs in the intracranial EEGs and using the features of the scalp EEGs, we performed machine learning. This allowed us to create a classifier that can detect hippocampal IEDs with high accuracy, even when they are not visible on scalp EEGs. Validation with external data showed that the classifier reflected the IED frequency in patients with temporal lobe epilepsy. However, it was suggested that improvements are needed to distinguish between epilepsy patients and non-epilepsy patients.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

この研究の学術的意義は、人間の目では認知できないIEDを、頭蓋内脳波と頭皮上脳波の同時記録を学習データとすることで、人工知能によって高精度に検出できる可能性が示唆された点にある。また、外部データの検証により、側頭葉てんかん患者のIED頻度を反映する結果が得られ、臨床応用の実現性も示された。一方で、てんかん患者と非てんかん患者との判別においては、改善が必要であることも明らかになった。社会的意義としては、この研究に基づく将来の研究により、誤診のリスクが低減し、正確な診断に基づく治療が提供されることで、患者の生活の質の向上や医療コストの削減が期待される。

Report

(6 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Waking amnesia as a postictal symptom after seizure-induced arousal in a patient with transient epileptic amnesia: An ictal video-electroencephalogram finding2022

    • Author(s)
      Uehara Taira、Akamatsu Naoki、Tomura Masaki、Yamashita Chikara、Taira Akihiko、Suezumi Koki、Murai Hiroyuki
    • Journal Title

      Seizure

      Volume: 100 Pages: 21-23

    • DOI

      10.1016/j.seizure.2022.06.006

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Atrophy of the hippocampal <scp>CA1</scp> subfield relates to long‐term forgetting in focal epilepsy2022

    • Author(s)
      Mukaino Takahiko、Uehara Taira、Yokohama Jun、Okadome Toshiki、Arakawa Tomomi、Yokoyama Setsu、Sakata Ayumi、Takase Kei‐ichiro、Togao Osamu、Akamatsu Naoki、Shigeto Hiroshi、Isobe Noriko、Kira Jun‐ichi
    • Journal Title

      Epilepsia

      Volume: 63 Issue: 10 Pages: 2623-2636

    • DOI

      10.1111/epi.17378

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The effect of interictal epileptic discharges and following spindles on motor sequence learning in epilepsy patients2022

    • Author(s)
      Okadome Toshiki、Yamaguchi Takahiro、Mukaino Takahiko、Sakata Ayumi、Ogata Katsuya、Shigeto Hiroshi、Isobe Noriko、Uehara Taira
    • Journal Title

      Frontiers in Neurology

      Volume: 13 Pages: 979333-979333

    • DOI

      10.3389/fneur.2022.979333

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] てんかんと記憶障害2022

    • Author(s)
      上原 平
    • Journal Title

      Dementia Japan : 日本認知症学会誌

      Volume: 36 Pages: 18-24

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] Reflection of the Ictal Electrocorticographic Discharges Confined to the Medial Temporal Lobe to the Scalp-Recorded Electroencephalogram2021

    • Author(s)
      Mukae Nobutaka、Shimogawa Takafumi、Sakata Ayumi、Uehara Taira、Shigeto Hiroshi、Yoshimoto Koji、Morioka Takato
    • Journal Title

      Clinical EEG and Neuroscience

      Volume: - Issue: 2 Pages: 173-178

    • DOI

      10.1177/15500594211062702

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rapidly spreading seizures arise from large-scale functional brain networks in focal epilepsy2021

    • Author(s)
      Uehara Taira、Shigeto Hiroshi、Mukaino Takahiko、Yokoyama Jun、Okadome Toshiki、Yamasaki Ryo、Ogata Katsuya、Mukae Nobutaka、Sakata Ayumi、Tobimatsu Shozo、Kira Jun-ichi
    • Journal Title

      NeuroImage

      Volume: 237 Pages: 118104-118104

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2021.118104

    • Related Report
      2021 Research-status Report 2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 睡眠中のてんかん性放電による脳機能的ネットワークの障害2021

    • Author(s)
      上原 平
    • Journal Title

      睡眠医療

      Volume: 15 Pages: 203-207

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] Network analysis of the relationship between seizure semiology and brain localization2023

    • Author(s)
      上原 平
    • Organizer
      第56回日本てんかん学会学術集会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 突発性のてんかん性放電とは異なるてんかん性脳波異常を機械学習にて検出する試み2022

    • Author(s)
      山口高弘, 岡留敏樹, 向野隆彦, 上原平, 下川能史, 重藤寛史, 磯部紀子
    • Organizer
      第52回日本臨床神経生理学会学術大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 海馬発作間欠期てんかん性放電は前頭部に睡眠紡錘波を誘発する2022

    • Author(s)
      上原平, 向野隆彦, 岡留敏樹, 迎伸孝, 酒田あゆみ, 重藤寛史, 飛松省三, 村井弘之
    • Organizer
      第52回日本臨床神経生理学会学術大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] てんかんと記憶障害 機能的ネットワークとの関連2020

    • Author(s)
      上原 平
    • Organizer
      第 39 回日本認知症学会学術集会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 睡眠紡錘波と徐波振動の連関に与える 発作間欠期てんかん性放電の影響2020

    • Author(s)
      上原 平、向野隆彦、横山 淳、岡留敏樹、迎 伸孝、 重藤寛史、酒田あゆみ、赤松直樹、村井弘之
    • Organizer
      第50回日本臨床神経生理学会学術大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] てんかん発作伝播における脳機能的結合性の関与2019

    • Author(s)
      上原平,向野隆彦,横山淳,岡留俊樹,迎伸孝,酒田あゆみ,吉良潤一,飛松省三
    • Organizer
      第60回日本神経学会学術大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Importance of resting-state functional connectivity in propagation of focal seizures2019

    • Author(s)
      Taira Uehara, Takahiko Mukaino, Jun Yokoyama, Toshiki Okadome, Nobutaka Mukae, Ayumi Sakata, Jun-ichi Kira, Shozo Tobimatsu
    • Organizer
      33rd International Epilepsy Congress
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] てんかん発作が主症状であった抗MOG抗体陽性脳炎の2例2019

    • Author(s)
      上原平、向野隆彦、横山淳、岡留敏樹、三好絢子、赤松直樹、重藤寛史、吉良潤一、飛松省三
    • Organizer
      第14回日本てんかん学会九州地方会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 睡眠中のてんかん性放電と脳機能的ネットワークの相互作用2019

    • Author(s)
      上原平,向野隆彦,横山淳,岡留敏樹,迎伸孝,重藤寛史,飛松省三
    • Organizer
      第53回日本てんかん学会学術集会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 脳神経内科医がみるてんかんー認知症・睡眠との密接な関連性ー2019

    • Author(s)
      上原平
    • Organizer
      第37回日本神経治療学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 肝不全を背景として非痙攣性てんかん重積状態を起こし脳波判読に苦慮した一例2019

    • Author(s)
      上原平、重藤寛史
    • Organizer
      第49回日本臨床神経生理学会学術大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2025-01-30  

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