Computational somatic medicine based on predictive coding: A basic study on Irritable Bowel Syndrome

• Project/Area Number: 19KK0062
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 10:Psychology and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 大平 英樹 名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (90221837)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片平 健太郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (60569218) ; 木村 健太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究グループ長 (40589272) ; 遠山 朝子 一橋大学, 大学院ソーシャル・データサイエンス研究科, 特任助教 (10816549) ; 齋藤 菜月 名古屋大学, 情報学研究科, 研究員 (60844834)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2023: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2019: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 生理 / 計算論的心身医学 / 過敏性腸症候群 / 意思決定 / 予測 / 計算論 / 心身医学

Outline of Research at the Start

脳は身体状態のモデルを構成して身体からの感覚信号を予測し、それにより身体内部の知覚である内受容感覚を創発していると考えられている。本研究は、脳と身体の機能疾患である心身症はこのメカニズムの不全であるとの仮説を設定する。本研究では、代表的な心身症である過敏性腸症候群を対象とし、この疾患について豊富な研究経験と患者のデータ・ベースを持つクロアチアのリエカ大学と共同して、この仮説を実証的に検討する。特に、患者の内受容感覚に関する計算論的モデルを開発し、実験データとの適合性を検討することにより、計算論的心身医学ともいうべき研究と臨床実践の新しい領域を拓くことを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

脳は身体からの感覚信号を予測し、それにより身体内部の知覚である内受容感覚を創発していると考えられている。本研究は、脳と身体の機能疾患である心身症はこのメカニズムの不全であるとの仮説を設定し、代表的な心身症である過敏性腸症候群（IBS）を対象とし、クロアチアのリエカ大学と共同して、この仮説を実証的に検討することを目的とした。
クロアチアにおいてIBS患者93名、統制群としての健常者74名を対象とし、意思決定を評価する確率的学習課題、認知課題（n-back課題、注意課題、記憶課題など）、性格特性（ビッグ５、うつ、不安など）を測定する心理尺度への評定、を測定する実験を行った。意思決定課題のデータを、強化学習モデルによる計算論モデルにより解析し、学習率、逆温度、固執性、忘却などのパラメータを個人ごとに推定して両群を比較した。その結果、IBS患者群では、報酬を得られた場合、損失を回避できた場合に、次の試行でも同じ選択肢を選択する確率がより高く、報酬への感受性の高さが示唆された。強化学習モデルによる解析でも、IBS患者群では統制群に比べて逆温度の値がより大きいという整合的な結果が得られた。クロアチア側では、認知課題と性格特性に関するデータ解析を行った。その結果、基本的な認知機能についてはIBS患者群と統制群の間に差はないが、情動ストループ課題においてIBS患者群の方が統制群より反応時間が早く、課題遂行も正確であることが明らかになった。また、身体内部の知覚である内受容感覚が、IBS患者群の方が正確であることが示された。
最終2023年度では、2回のオンライン会議を行った上で、11月に研究代表者・大平と研究分担者・斎藤がリエカ大学を訪問し、得られた知見を解釈するための議論を行った。それに基づき、3月のアメリカ心身医学会において研究成果を発表した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] リエカ大学(クロアチア)
• [Int'l Joint Research] リエカ大学(クロアチア)
• [Int'l Joint Research] リエカ大学(クロアチア)
• [Int'l Joint Research] Rijeka University(クロアチア)
• [Int'l Joint Research] リエカ大学(クロアチア)
• [Journal Article] Association of brain-autonomic activities and task accuracy under cognitive load: a pilot study using electroencephalogram, autonomic activity measurements, and arousal level estimated by machine learning (2024)
  • Author(s): Sazuka Naoya、Katsumata Koki、Komoriya Yota、Oba Takeyuki、Ohira Hideki
  • Journal Title: Frontiers in Human Neuroscience Volume: 18
  • DOI: 10.3389/fnhum.2024.1272121
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 特集 アロスタシス-ホメオスタシスを超えて 内受容感覚･意思決定･感情の統合-予測的処理としてのアロスタシス (2023)
  • Author(s): 大平 英樹
  • Journal Title: BRAIN and NERVE Volume: 75 Issue: 11 Pages: 1197-1203
  • DOI: 10.11477/mf.1416202505
  • ISSN: 1344-8129, 1881-6096
  • Year and Date: 2023-11-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PREDICTIVE PROCESSING AND EMERGENCE OF THE HUMAN MIND (2023)
  • Author(s): Ohira Hideki
  • Journal Title: PSYCHOLOGIA Volume: 65 Issue: 2 Pages: 134-159
  • DOI: 10.2117/psysoc.2023-B032
  • ISSN: 0033-2852, 1347-5916
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of interoceptive accuracy on timing control in the synchronization tapping task (2023)
  • Author(s): Tomyta Kenta、Katahira Kentaro、Ohira Hideki
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 16 Pages: 01-09
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.907836
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The autonomic nervous system and decision-making (2023)
  • Author(s): 大平 英樹
  • Journal Title: The Autonomic Nervous System Volume: 60 Issue: 4 Pages: 144-150
  • DOI: 10.32272/ans.60.4_144
  • ISSN: 0288-9250, 2434-7035
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Examinations of Biases by Model Misspecification and Parameter Reliability of Reinforcement Learning Models (2023)
  • Author(s): Toyama Asako、Katahira Kentaro、Kunisato Yoshihiko
  • Journal Title: Computational Brain & Behavior Volume: 6 Issue: 4 Pages: 651-670
  • DOI: 10.1007/s42113-023-00175-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Editorial: Interoception and the autonomic nervous system: Investigating affect, decision-making, and mental health (2023)
  • Author(s): Ueno Daisuke、Ohira Hideki、Narumoto Jin
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 16 Pages: 1-2
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.1130324
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mothers’ interoceptive sensibility mediates affective interaction between mother and infant (2022)
  • Author(s): Suga Ayami、Naruto Yosuke、Maulina Venie Viktoria Rondang、Uraguchi Maki、Ozaki Yuka、Ohira Hideki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1038/s41598-022-09988-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Interoceptive Accuracy Did Not Affect Moral Decision-Making, but Affect Regret Rating for One’s Moral Choices (2022)
  • Author(s): Tamura Kaho、Kobayashi Yoshinari、Ohira Hideki
  • Journal Title: Frontiers in Psychology Volume: 12 Pages: 1-9
  • DOI: 10.3389/fpsyg.2021.746897
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Interoceptive accuracy correlates with precision of time perception in the millisecond range (2022)
  • Author(s): Uraguchi Maki、Maulina Venie Viktoria Rondang、Ohira Hideki
  • Journal Title: Frontiers in Neuroscience Volume: 16 Pages: 1-16
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.993491
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Somatic Symptoms: Association Among Affective State, Subjective Body Perception, and Spiritual Belief in Japan and Indonesia (2022)
  • Author(s): Maulina Venie Viktoria Rondang、Yogo Masao、Ohira Hideki
  • Journal Title: Frontiers in Psychology Volume: 13 Pages: 851888-851888
  • DOI: 10.3389/fpsyg.2022.851888
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A learning mechanism shaping risk preferences and a preliminary test of its relationship with psychopathic traits (2021)
  • Author(s): Oba Takeyuki, Katahira Kentaro, Ohira Hideki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 20853-20853
  • DOI: 10.1038/s41598-021-00358-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 感情と意思決定を創発する予測的処理 (2021)
  • Author(s): 大平英樹
  • Journal Title: 人工知能 Volume: 36 Pages: 21-27
  • NAID: 130007965563
• [Journal Article] The neural network basis of altered decision‐making in patients with amyotrophic lateral sclerosis (2020)
  • Author(s): Imai Kazunori、Masuda Michihito、Watanabe Hirohisa、Ogura Aya、Ohdake Reiko、Tanaka Yasuhiro、Kato Toshiyasu、Kawabata Kazuya、Riku Yuichi、Hara Kazuhiro、Nakamura Ryoichi、Atsuta Naoki、Bagarinao Epifanio、Katahira Kentaro、Ohira Hideki、Katsuno Masahisa、Sobue Gen
  • Journal Title: Annals of Clinical and Translational Neurology Volume: 7 Issue: 11 Pages: 2115-2126
  • DOI: 10.1002/acn3.51185
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Predictive processing of interoception, decision-making, and allostasis: A computational framework and implications for emotional intelligence (2020)
  • Author(s): Ohira, H
  • Journal Title: Psychological Topics, Volume: 15 Issue: 1 Pages: 1-16
  • DOI: 10.31820/pt.29.1.1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Biases in estimating the balance between model-free and model-based learning systems due to model misspecification (2019)
  • Author(s): Toyama Asako, Katahira Kentaro, Ohira Hideki
  • Journal Title: Journal of Mathematical Psychology Volume: 91 Pages: 88-102
  • DOI: 10.1016/j.jmp.2019.03.007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reinforcement learning with parsimonious computation and a forgetting process (2019)
  • Author(s): Toyama Asako, Katahira Kentaro, Ohira Hideki
  • Journal Title: Frontiers in Human Neuroscience Volume: 13 Pages: 153-153
  • DOI: 10.3389/fnhum.2019.00153
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 脳と身体の予測的符号化とその不全：ー守谷・国里・杉浦論文へのコメントー (2019)
  • Author(s): 大平英樹
  • Journal Title: 心理学評論 Volume: 62 Pages: 132-141
  • NAID: 130007749846
• [Presentation] Psychological, behavioral, and computatioble bowel syndrome: Decision-Making Processes nal characteristics of irritaand its Relation to Cognitive Functions in IBS (2024)
  • Author(s): Natsuki Saito, Asako Toyama, Kenta Kimura, Kentaro Katahira, Sanda Pletikosic Toncic, Marko Toncic, Mladenka Tkalcic, Hideki Ohira
  • Organizer: Annual Meeting of American Psychosomatic Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Psychological, cognitive, and interoceptive characteristics of IBS: Comparisons between clinical and healthy groups (2024)
  • Author(s): Sanda Pletikosic Toncic, Natsuki Saito, Asako Toyama, Marko Toncic, Kimura Kenta, Kentaro Katahira, Hideki Ohira & Mladenka Tkalcic
  • Organizer: Annual Meeting of American Psychosomatic Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 計算論的精神医学と内受容感覚 (2020)
  • Author(s): 大平英樹
  • Organizer: 第20回日本認知療法学会・認知行動療法学会
  • Invited
• [Presentation] 内受容感覚の予測的処理と感情と意思決定の創発 (2020)
  • Author(s): 大平英樹
  • Organizer: 第34回人工知能学会全国大会
  • Invited
• [Presentation] Slow EEG fluctuation reflecting behavioral changes by cognitive load. (2020)
  • Author(s): Sazuka, N., Katsumata, K., Komoriya, Y., Ezaki, T., & Ohira, H.
  • Organizer: 42nd Annual International Conferences of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of increased interoceptive awareness on postpartum depression and emotional states: An experience sampling study using smartphone photoplethysmography. (2020)
  • Author(s): Suga, A., Naruto, Y., Venie Viktoria Rondang Maulina, Uraguchi, M., Sasaki, T., Ozaki, Y., & Ohira, H.
  • Organizer: 2020 Annual conference of the Society for Affective Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Human affective-states estimation by a model of meta-level patterns of EEG. (2020)
  • Author(s): Sazuka, N., Komoriya, Y., Ezaki, T., Oba, T., & Ohira, H.
  • Organizer: 2020 Annual conference of the Society for Affective Science
• [Presentation] 予兆にもとづく意思決定 (2019)
  • Author(s): 大平英樹
  • Organizer: 名古屋大学予兆学シンポジウム YOCHOU2019
• [Presentation] 脳と身体の計算メカニズムによる感情と意思決定の創発 (2019)
  • Author(s): 大平英樹
  • Organizer: 名古屋大学情報学シンポジウム2020
• [Book] 認知科学講座4 心をとらえるフレームワークの展開 (2022)
  • Author(s): 横澤一彦（編）
  • Total Pages: 272
  • Publisher: 東京大学出版会
  • ISBN: 9784130152044
• [Book] 予測と創発 (2022)
  • Author(s): 中村靖子（編）
  • Total Pages: 450
  • Publisher: 春風社
  • ISBN: 4861108365
• [Book] Razgovor između mozga i crijeva: što se događa kad crijeva postanu nervozna? Pogled na sindrom iritabilnoga crijeva iz biopsihosocijalne perspektive (Conversation between the brain and the intestine: What happens when the intestines become nervous?: A look at the irritable bowel syndrome from a biopsychosocial perspective) (2022)
  • Author(s): Hideki Ohira, Mladenka Tkalčić i Marko Tončić
  • Total Pages: 515
  • Publisher: Sveučilište u Rijeci, Filozofski fakultet
  • ISBN: 9789533610566
• [Funded Workshop] Croatia-Japan International Meeting on Psychology, Philosophy, and Neuroscience (2023)