個別化医療のための人工知能・深層学習に対する統計学的評価法の開発

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H01806
• Research Institution: Teikyo University
• Principal Investigator: 松浦 正明 帝京大学, 公私立大学の部局等, 教授 (40173794)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 生亀 清貴 日本大学, 経済学部, 准教授 (30711593) ; 安藤 宗司 東京理科大学, 工学部情報工学科, 助教 (40803226) ; 牛嶋 大 公益財団法人がん研究会, 有明病院 臨床研究・開発センター, 研究員 (60328565) ; 小森 理 成蹊大学, 理工学部, 准教授 (60586379) ; 松井 茂之 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (80305854) ; 顧 艶紅 大阪医科薬科大学, 医学部, 講師 (30470595)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 統計 / 人口知能 / 深層学習 / データ解析 / 個別化医療 / データサイエンス / 疫学

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、個別化医療のための統計学的評価に関連して実データを使用した各種研究を行った。また、前回の基盤研究で特許出願した「不均一性抽出アルゴリズム」の高精度化と再評価に関する研究を継続し、さらに人工知能・深層学習に対しても「深層学習の各層特徴抽出」に関する研究を行った。
2019年度は、個別化医療に関しては、統計学的視点からは、特に生存時間データに対する予測判定に関する方法論の開発が重要であるため、これに関してロジスティック回帰手法における予測の方法論を生存時間データへ拡張することを提案し、医学領域での実データを用いた予測解析例を示し、その内容を2020年度の国際計量生物学会（ソウル）にてオンライン報告を行った。
2020年度は、人工知能・深層学習に対して、特に「深層学習における各変数の予測に対する寄与度」に関連してアルゴリズムSHAPに関して、種々の教師有りデータを用いて研究を開始した。また、既存統計手法の予測解析に関してはは、再発頻度の極めて低い乳癌病理データを用いて、各種の統計学的手法を用いた場合の予測性能を調べる研究を開始し、最終研究年度末に実データに対する再発予測確率と予測性能に関して論文報告を行った。
2021年度は、SHAPを用いた実データ解析を行ない、ロジスティック回帰における予測性能との比較に関して各種実データを用いて行った。これらの研究を基に、SHAPの予測スコアとロジスティック予測スコアとの関連性を各種実データを用いて評価することにより、予測式を明示しない深層学習法の欠点を既存の予測式をベースとする統計モデルと結び付ける手法を考案した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A prediction model for early systemic recurrence in breast cancer using a molecular diagnostic analysis of sentinel lymph nodes: A large-scale, multicenter cohort study. (2022)
  • Author(s): Osako, T., Matsuura, M., Yotsumoto, D., Takayama, S., Kaneko, K., Takahashi, M., Shimazu, K., Yoshidome, K., Kuraoka, K., Itakura, M., Tani, M., Ishikawa, T., Ohi, Y., Kinoshita, T., Sato, N., Tsujimoto, M., Nakamura, S., Tsuda, H., Noguchi, S., Akiyama, F.
  • Journal Title: Cancer Volume: 128(10): Pages: 1913-1920.
  • DOI: 10.1002/cncr.34144.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reforms of regulatory pathways for approval of new antineoplastic drugs in Japan from 2004 to 2019 and accompanying changes in pivotal clinical trial designs. (2022)
  • Author(s): Hirai T, Suzuki A, Yamori T, Matsuura M.
  • Journal Title: Invest New Drugs Volume: 40(1) Pages: 142-150
  • DOI: 10.1007/s10637-021-01165-8.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Higher serum homocysteine and lower thyroid hormone levels in pregnant women are associated with neural tube defects. (2021)
  • Author(s): Gu YH, Zhang Q, Guo J, Wang F, Bao Y, Qiu Z, Zheng P, Ushijima M, Matsuura M, Xie X, Zhang T.
  • Journal Title: J Trace Elem Med Biol. Volume: 68, 126814 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1016/j.jtemb.2021.126814.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Situation analyses of caregivers' knowledge on infant liquid formula in Japan: a cross-sectional questionnaire-based study. (2021)
  • Author(s): Mizutani S, Takahashi K, Matsuura M.
  • Journal Title: Pediatr Int. Volume: 64(1):e14868 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1111/ped.14868.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lamellarin 14, a derivative of marine alkaloids, inhibits the T790M/C797S mutant epidermal growth factor receptor. (2021)
  • Author(s): Nishiya N, Oku Y, Ishikawa C, Fukuda T, Dan S, Mashima T, Ushijima M, Furukawa Y, Sasaki Y, Otsu K, Sakyo T, Abe M, Yonezawa H, Ishibashi F, Matsuura M, Tomida A, Seimiya H, Yamori T, Iwao M, Uehara Y.
  • Journal Title: Cancer Sci. Volume: 112(5) Pages: 1963-1974
  • DOI: 10.1111/cas.14839.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pathogenicity assessment of variants for breast cancer susceptibility genes based on BRCAness of tumor sample. (2021)
  • Author(s): Yoshida, R., Hagio, T., Kaneyasu, T., Gotoh, O., Osako, T., Tanaka, N., Amino, S., Yaguchi, N., Nakashima, E., Kitagawa, D., Ueno, T., Ohno, S., Nakajima, T., Nakamura, S., Miki, Y., Hirota, T., Takahashi, S., Matsuura, M., Noda, T., Mori, S.
  • Journal Title: Cancer Sci. Volume: 112(3) Pages: 1310-1319.
  • DOI: 10.1111/cas.14803.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 神経管閉鎖障害児の胎盤における甲状腺ホルモン脱ヨード酵素の一塩基多型に関する症例対照研究 (2022)
  • Author(s): 顧 艶紅、松浦正明、鄭 萍、牛嶋 大、張 霆
  • Organizer: 第32回日本疫学会学術総会、オンライン
• [Book] 「オミックス解析：表現型・薬物活性とリンクする分子経路の探索.」 マウス・ラット モデル作製・解析．プロフェッショナル 先端モデル動物支援プラットフォーム（AdAMS）／編 (2021)
  • Author(s): 室井誠，馬島哲夫，牛嶋大，松浦正明
  • Total Pages: 11
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 978-4-7581-2112-5