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てんかん脳波の数理的特徴付けと発作予測に向けて

Publicly Offered Research

Project AreaNon-linear Neuro-oscillology: Towards Integrative Understanding of Human Nature
Project/Area Number 18H04929
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

行木 孝夫  北海道大学, 理学研究院, 教授 (40271712)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywords非線形時系列解析 / 高周波振動 / てんかん / エントロピー解析 / 時系列解析 / 力学系 / カオス理論 / 高周波発振 / カオス
Outline of Annual Research Achievements

研究実績の概要は次の通りである。池田班から提供された広域周波数帯域ECoG記録脳波10患者データについて、パワースペクトル解析の結果を見直した。パワースペクトルに現れるベキ型の分布は非整数ブラウン運動に従うことを予想させるため、差分時系列の従う確率分布を評価した。差分時系列は正規分布に近い確率分布に従い、その分散が時間幅のH乗に比例していることがわかった。これは原波形が非整数ブラウン運動に従うことを示唆する結果である。次に、昨年度発見した発作時高周波振動におけるサークルマップ型の力学系が存在する原波形の判断基準を提案した。該当する高周波振動は特定の周波数、特に100Hzから150Hzに生起している。この周波数はサークルマップ型の力学系の特徴量として定義できる回転数に対応するものであり、時間周波数解析の結果からサークルマップ型の力学系の発生する時間区間を特定できる可能性がある。てんかん由来の高周波振動とそうでない高周波振動の区別を取り入れた判定基準を定めることが次の問題である。
また、差分時系列に対するシンボリックトランスファーエントロピーおよびパーミュテーションエントロピーに関して協力研究者の田所とともにPt1の各ch間で評価した。トランスファーエントロピーは 2つの時系列間に存在する情報の流れを定量化するものだが、必要な計算資源が膨大になる。これを単純化してシンボルによる情報の流れを与えるものがシンボリックトランスファーエントロピーであり、パーミュテーションエントロピーも同様である。差分時系列に対するシンボリックトランスファーエントロピーおよびパーミュテーションエントロピーは比較的一様であり、高周波振動の生じる時間区間で大きく変動することが判明した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2020 2019 2018 Other

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

  • [Journal Article] Mathematical structures for epilepsy: High-frequency oscillation and interictal epileptic slow (red slow).2020

    • Author(s)
      Namiki, T., Tsuda, I., Tadokoro, S., Kajikawa, S., Kunieda, T., Matsumoto, R., Matsuhashi, M., Ikeda, A.
    • Journal Title

      Neurosci Res

      Volume: - Pages: 178-187

    • DOI

      10.1016/j.neures.2019.11.008

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantitative description and classification of protein structures by a novel robust amino acid network: interaction selective network (ISN)2019

    • Author(s)
      Shohei KONNO, Takao NAMIKI, Koichiro ISHIMORI
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 16654-16654

    • DOI

      10.1038/s41598-019-52766-6

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Relation between spatio-temporal patterns generated by two-dimensional cellular automata and a singular function2019

    • Author(s)
      A. Kawaharada, T. Namiki
    • Journal Title

      International Journal of Networking and Computing

      Volume: 9 Pages: 354-369

    • NAID

      130007680124

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Relation between spatio-temporal patterns generated by two-dimensional cellular automata and a singular function2019

    • Author(s)
      Akane Kawaharada and Takao Namiki
    • Journal Title

      International Journal of Networking and Computing

      Volume: 印刷中

    • NAID

      130007680124

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Mathematical Model of High Frequency Oscillations in Epilepsy2019

    • Author(s)
      Takao Namiki
    • Organizer
      Neural Oscillation Conference 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Probing epileptogenesis using mathematical models2018

    • Author(s)
      Takao Namiki
    • Organizer
      Advanced ECoG/EEG and Analysis in Epilepsy
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/nami/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

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