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A novel approach to EEG focusing on non-sinusoidal properties of neural oscillations

Research Project

Project/Area Number 19K16891
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 51020:Cognitive and brain science-related
Research InstitutionThe University of Tokyo (2021)
Osaka University (2019-2020)

Principal Investigator

Ohki Takefumi  東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任研究員 (70807875)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords非正弦性 / phase-amplitude coupling / ニューラル オシレーション / 最適輸送理論 / パーキンソン病 / ニューラル・オシレーション / Sharp-waves ripples / MEG / ECoG / Phase Amplitude Coupling / リップル / スピンドル / スローオシレーション / 機械学習 / 非正弦(左右非対称性)
Outline of Research at the Start

脳の電気生理学的な活動を反映する脳波は、脳・神経科学において中心的な指標の1つである。その中でも、脳波に含まれる律動成分「ニューラル・オシレーション」は脳状態や機能性を反映する重要な特性の1つである。本研究では新たな研究方向性として、ニューラル・オシレーションの「非正弦性(左右非対称性)」に着目する。本来、ニューラル・オシレーションは非正弦性を強く有しているが、正弦フィルタリング処理による情報損失が課題であった。これを克服する為に、本研究では「機械学習」を用いた新たなフィルタリング手法を開発する。これによって情報損失を回避し、ニューラル・オシレーションの非正弦性の機能的意義を解明する。

Outline of Final Research Achievements

In this study, I focused on the non-sinusoidal nature of neural oscillation and examined the effects on the brain data analysis results and its functional significance. The most significant results of this study are the followings: first, the clarification of the influence of non-sinusoidality on the brain data quantification. Second, a novel quantification method (Wasserstein Modulation Index) was developed. Third, I clarified the relationship between non-sinusoidality and brain pathology.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ニューラルオシレーションの「非正弦性」という脳が作り出す波の「いびつな形状」に着目することで、脳の新たな特徴を明らかにしました。例えば、非正弦性に着目することによって、思春期の脳特徴や脳病態との新たな関りが明らかになりました。また、この非正弦性からより詳細な特徴を抽出する新しい方法も独自に開発しました。これらの成果により、これまで明らかになっていなかった脳の特性が明らかになることが期待されます。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2022 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Oregon(米国)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Radboud University Medical Center/Donders Centre for Medical Neuroscience(オランダ)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] Measuring phase-amplitude coupling between neural oscillations of different frequencies via the Wasserstein distance2022

    • Author(s)
      Ohki Takefumi
    • Journal Title

      Journal of Neuroscience Methods

      Volume: 374 Pages: 109578-109578

    • DOI

      10.1016/j.jneumeth.2022.109578

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Disrupted local beta band networks in schizophrenia revealed through graph analysis: A magnetoencephalography study2022

    • Author(s)
      Tagawa Minami、Takei Yuichi、Kato Yutaka、Suto Tomohiro、Hironaga Naruhito、Ohki Takefumi、Takahashi Yumiko、Fujihara Kazuyuki、Sakurai Noriko、Ujita Koichi、Tsushima Yoshito、Fukuda Masato
    • Journal Title

      Psychiatry and Clinical Neurosciences

      Volume: - Issue: 7 Pages: 309-320

    • DOI

      10.1111/pcn.13362

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Timing of phase-amplitude coupling is essential for neuronal and functional maturation of audiovisual integration in adolescents.2020

    • Author(s)
      Ohki T, Matsuda T, Gunji A, Takei Y, Sakuma R, Kaneko Y, Inagaki M, Hanakawa T, Ueda K, Fukuda M, Hiraki K
    • Journal Title

      Brain Behav.

      Volume: 27 Issue: 6

    • DOI

      10.1002/brb3.1635

    • Related Report
      2020 Research-status Report 2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Frequency-Specific Resting Connectome in Bipolar Disorder: An MEG Study2020

    • Author(s)
      Sunaga Masakazu、Takei Yuichi、Kato Yutaka、Tagawa Minami、Suto Tomohiro、Hironaga Naruhito、Ohki Takefumi、Takahashi Yumiko、Fujihara Kazuyuki、Sakurai Noriko、Ujita Koichi、Tsushima Yoshito、Fukuda Masato
    • Journal Title

      Frontiers in Psychiatry

      Volume: 11 Pages: 597-597

    • DOI

      10.3389/fpsyt.2020.00597

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Measuring phase amplitude coupling of different frequencies via the Wasserstein distance.2022

    • Author(s)
      Ohki T.
    • Organizer
      日本神経科学学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ニューラル・オシレーションの非正弦性に着目した新たなアプローチ2020

    • Author(s)
      大城武史 マイケル・コーエン ニコール・スワン 松田孟留
    • Organizer
      第43回日本神経科学学会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 一般化固有値分解を用いたヒトにおけるリップル波定量化手法の提案2020

    • Author(s)
      大城武史
    • Organizer
      第43回日本神経科学学会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] MEGニューロフィードバック法を用いた高齢者の顔認知機能改善の試み2020

    • Author(s)
      大城武史
    • Organizer
      国際電気通信基礎技術研究所(ATR)研究会 「最新のEEG/MEG研究と電流源推定法の現在地」
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ニューラル・オシレーションの正弦性に着目した新たな研究アプローチ2020

    • Author(s)
      大城武史
    • Organizer
      日本神経科学学会
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      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Detection of the sharp wave ripples in human via generalized eigendecomposition using concurrent measurements with ECoG and MEG2020

    • Author(s)
      Takefumi Ohki, Takufumi Yangaisawa, Hui Ming Khoo, Shota Yamamoto, Yuya Fujita and Haruhiko Kishima.
    • Organizer
      日本神経科学学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] Reserachmap

    • URL

      https://researchmap.jp/70807875

    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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