統合失調症の早期診断に向けた大域的な神経ネットワークダイナミクス障害の解明
| Project/Area Number |
22K12183
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 61040:Soft computing-related
|
|---|
| Research Institution | Chiba Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
信川 創 千葉工業大学, 情報科学部, 教授 (70724558)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 哲也 金沢大学, 子どものこころの発達研究センター, 協力研究員 (00377459)
我妻 伸彦 東邦大学, 理学部, 講師 (60632958)
池田 尊司 金沢大学, 子どものこころの発達研究センター, 准教授 (80552687)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
|
|---|
| Keywords | 統合失調症 / 脳波 / 脳活動シミュレーション / 機能的結合 / 神経ネットワークダイナミクス |
|---|
| Outline of Research at the Start |
難治性精神疾患である統合失調症に対して，早期診断を実現する為の客観的で定量的な診断法の考案が望まれる．現在までに，神経ネットワークのダイナミクス異常に着目した研究が進められている．この中で代表者は，高い臨床的汎用性を持つ脳波の神経ネットワークダイナミクスを捉える動的位相差パターン(DPS)に着目する手法を考案した．しかし，個々の脳領野間の相互作用を限定的に定量化したDPSでは，統合失調症にみられる複数の広い領野に亘るダイナミクス異常の検出は困難である．そこで本研究では，脳全体のダイナミクスを捉える大域的なDPS(GDPS)の考案と，これに基づく統合失調の神経ネットワーク障害の推定を行う．
|
| Outline of Annual Research Achievements |
難治性精神疾患である統合失調症に対して，早期診断を実現する為の客観的で定量的な診断法の考案が望まれる．現在までに，神経ネットワークのダイナミクス異常に着目した研究が進められている．この中で研究代表者らは，高い臨床的汎用性を持つ脳波の神経ネットワークダイナミクスを捉える動的位相差パターン(DPS)に着目する手法を考案した．しかし，個々の脳領野間の相互作用を限定的に定量化したDPSでは，統合失調症にみられる複数の広い領野に亘るダイナミクス異常の検出は困難である．本研究では脳全体のネットワークダイナミクスを捉える大域的DPS(GDPS)の考案と，これに基づく統合失調の神経ネットワーク障害の推定を目的として研究を実施している．令和4年度の具体的な研究実績としては，健常者と統合失調症の脳波データに対して，ヒルベルト変換により周波数帯域毎の瞬時位相の推定を行った．そして，その空間的分布から瞬間瞬間の全脳ネットワークの活動状態に対応したGDPSのクラスを分類した．そしてGDPSの時間的推移に対する状態遷移行列解析や，遷移時系列の動的特性を解析，統合失調の脳機能異常を反映し得る神経ネットワークのダイナミクス特性を反映した特徴量(ダイナミクスプロフィール)をbetaとgamma波の帯域において明らかにした．さらに，スパイキングニューラルネットワークによる神経ネットワークのモデル化のアプローチにより，このGDPSの瞬時位相パターンの動的遷移特性が得られる原因の１つとして，ネットワーク結合強度のロングテール性が寄与することが示唆された．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は，1. 全脳的な位相ダイナミクスに基づくGDPSの導入, 2. 統合失調症のGDPSのダイナミクスプロフィールの分類, 3. 統合失調症の治療前後のダイナミクスプロフィール変化の分析, 4. 脳活動シミュレーションによる統合失調症のプロフィールを生成する神経ネットワーク構造と治療に伴う構造変化の推定 の4つの項目に関して研究を遂行する予定である．現在までに，1と2の研究に関しては研究成果が出ており，令和4年までに国際会議(ICONIP2022)で報告を行った．また4の研究項目に対応するためのスパイキングニューラルネットワークも小規模なモジュールは完成しており，準備的な研究成果として原著論文化と国際会議論文化を行った．
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度の研究計画としては，上記の「1. 全脳的な位相ダイナミクスに基づくGDPSの導入」と「2. 統合失調症のGDPSのダイナミクスプロフィールの分類」の研究成果に対して，「3． 統合失調症の治療前後のダイナミクスプロフィール変化の分析」の研究を実施し，その成果を原著論文としてまとめ出版することである．また，「4． 脳活動シミュレーションによる統合失調症のプロフィールを生成する神経ネットワーク構造と治療に伴う構造変化の推定」の研究項目に関しては，より全脳的なスパイキングニューラルネットワークに規模を拡大すると共に，より抽象度の高い発火レートモデルによるエコーステートネットワークによるアプローチでも研究を進める．また，令和4年度までの研究項目については，すでに国際会議(IJCNN2023)に採択済みであり，その内容を拡張することで原著論文化を目指す．
|
Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
