| Project/Area Number |
21K06385
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
山田 陸裕 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 客員研究員 (90469924)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
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| Keywords | マウス / 睡眠 / EEG/EMG / 統計 / アルゴリズム / EEG / EMG |
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| Outline of Research at the Start |
近年の遺伝学の進歩により遺伝子改変動物の作出効率は急激に高まった．しかし一方で，表現型解析を行う手法の進歩は遅れており，効率的で客観的な手法の開発と普及が急務である．本提案では，マウスの睡眠・覚醒サイクルを対象とし，脳波／筋電(EEG/EMG)データから覚醒・REM睡眠・NREM睡眠の各ステージを自動的に判定するデータ解析手法を開発する．計測基準と評価方法の明確化を行い，また自動判定結果を研究者が視覚的にチェックする作業を支援するソフトウェアなどの関連するツール群を併せて開発する．睡眠・覚醒の神経機能的・分子的な理解促進の一助とし，ヒトの精神疾患や神経変性症の理解につなげる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本提案では、マウス脳波／筋電(EEG/EMG)データから覚醒・REM睡眠・NREM睡眠の各ステージを自動的に判定するデータ解析手法を開発する。機械学習で行われる特徴量探索をあえて行わない、ある意味で「原始的」なアルゴリズム開発を指向する。これにより、膨大な教師データを用意する作業を不要にしたり、計算コストの高い統計学的アルゴリズムを不要にし、かつ、判定基準となる特徴量を明確に定義することで判定結果の解釈が容易にできるアルゴリズムを実現する。本年度は、開発したアルゴリズムを所属研究室で得られた多数のEEG/EMGデータでに適用しながら実績を重ね、その安定性を確認した。また、眠気の指標として用いられるNREM睡眠中の delta power (EEGの周波数成分のなかで4Hz以下の成分の強度)のダイナミクスを解析する機能を追加した。眠気の蓄積と散逸をそれぞれ異なる時定数をパラメータとして指数関数でモデル化し、実データから時定数パラメータを推定する。これにより、睡眠表現型を睡眠時間や delta power の増減だけではく、delta powerの蓄積や散逸の早さという観点でも評価することができるようになった。本アルゴリズムとソフトウェアが基本的な睡眠ステージ判定に加えて、眠気の質を表現する delta power の解析にも実際に有効であることを示した。既に、睡眠関連遺伝子の機能評価に関して興味深い成果につながりつつある。さらに本年度は、研究者による確認・修正作業負担を軽減するソフトウェアツールを開発した。直感的な操作で視覚的にEEG/EMGシグナルを確認・修正できるツールの開発を目指し、ビデオなどEEG/EMG以外のデータを合わせて検討するためのソフトウェアツールとなっている。また、これらの成果をまとめた論文を準備し投稿した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度に引き続き、所属研究室において睡眠表現型に影響する遺伝子変異マウスの作出が順調に進み、実データでの試験を実施することができた。表現型未知の遺伝子変異についての実データに対しても期待通りに安定した判定性能が得らた。さらに、自動判定の確認・修正作業負担を軽減するソフトウェアツールを開発も行い、さらに眠気の指標である delta power のダイナミクス解析も自動化し、表現型解析を深化させることができた。これにより、提案時に挙げていた課題はほぼ解決できたと考えられる。論文・学会報告は見込みよりもやや遅れているものの、論文投稿までは達成しており、３年計画の３年目として順当な成果だと捉えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、これまでに開発したアルゴリズムとソフトウェアについて論文をまとめて投稿している。論文の完成度を高めるため、R6年度まで計画を延長して他のアルゴリズムとの比較
解析などを行う。
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