2020 Fiscal Year Annual Research Report
Machine learning using neuroimaging dataset around the onset of schizophrenia and the proposal for the optimal MRI protocol: An Asian multicenter study
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19H03579
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小池 進介 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (10633167)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
笹林 大樹 富山大学, 学術研究部医学系, 助教 (80801414)
平野 羊嗣 九州大学, 大学病院, 助教 (90567497)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 初発統合失調症 / 統合失調症ハイリスク群 / アジア精神病ＭＲＩ研究コンソーシアム / マルチモダリティ / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
統合失調症の進行性脳病態仮説により、発症前後の初発統合失調症および統合失調症ハイリスク群（Early clinical staging of schizophrenia, ECS）に対するバイオマーカー開発が試みられたが、いまだ臨床応用に至るものはない。本研究の目的は、応募者らが設立・運営するアジア精神病MRI研究コンソーシアム（ACMP）により、ECSを中心とした大規模マルチモダリティ脳画像データを集積する。疾患共通性・特異性に着目した生物学的要因を検討しつつ、大規模データを生かした機械学習により、臨床応用可能なバイオマーカー開発を目指す。10,000計測を超えるMRIデータ量を取り扱う解析・機械学習パイプラインを備え、効率的な前処理・解析分担の仕組みを作る。病態解明、バイオマーカー開発だけでなく、臨床現場で実施可能な必要計測手法の提案を行う。一連の研究成果により、アジアの精神疾患脳画像研究拠点を構築することを目指す。
2020年度は、新型コロナウイルス感染症拡大が日本をはじめとしたアジア諸国に多大な影響を与えた。特に、ほとんどの参画施設が大学附属病院であるため、研究活動そのものを長く中断することにもなった。そのため、ACMPは2020年は活動できず、2021年1月より可能な範囲で再開した。
小池は、脳画像大規模データセットの解析系を確立し、MRIデータへの適用を開始した。笹林は、国内外の共同研究施設とWEB会議で連携しつつ、マルチモーダルなデータを有しているかヒアリングを進めた。また、国内施設から収集した既存データを用いた解析を進めた。平野は、海外の脳波関連の共同研究施設とはWEB会議で連携しつつ、臨床脳波を用いた国内の共同研究（７施設）に関する整備とデータ収集、解析パイプラインの構築を行った。また、ECSを含めた統合失調症関連の論文16本を投稿した。
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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
2020年度は、新型コロナウイルス感染症拡大が日本をはじめとしたアジア諸国に多大な影響を与えた。特に、ほとんどの参画施設が大学附属病院であるため、研究活動そのものを長く中断することにもなった。そのため、ACMPは2020年は活動できず、2021年1月より可能な範囲で再開することになった。まず、2019年度より行っていた倫理対応、データ集積を行い、日本5施設、韓国3施設からデータの受け取りを完了し、前処理を開始した。また、データクリーニングが終わったデータセットより、各ACMP機関へデータの提供を開始した。
小池は、NIRSによる脳機能画像1000計測を超えるデータセットと臨床データの融合的解析プラットフォームを確立し(Koike et al. Psychol Med in press)、MRIデータへの適用を開始した。その際問題となる、MRI機種間差の解消に向けた検討をまとめた(Maikusa, Koike, et al. under review)。
笹林は、国内4施設で共同して収集した多数例の統合失調症ハイリスク群データを用い、大脳皮質下領域体積の変化について公表した（Sasabayashi et al., 2020）。今後の大規模解析に向けて、MRI機種間差を補正する解析手法を習得した。
平野は、海外の脳波関連の共同研究施設とはWEB会議で連携しつつ、臨床脳波を用いた国内の共同研究（７施設）に関する整備と連携、パイロットデータ収集、解析パイプラインの構築を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年3月現在でも、新型コロナウイルス感染症に関する本研究計画の影響は大きく、すべての機関で研究計測が中断もしくは大幅に遅延している。また、渡航制限により、海外のみならず国内の移動も制限されており、人的交流、人材育成に多大な影響があり、研究進捗の遅れにつながっている。2019年度に引き続き、既存データの集積と解析に重点を置いて、本研究を遂行していく。
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[Journal Article] Lower Hippocampal Volume in Patients with Schizophrenia and Bipolar Disorder: A Quantitative MRI Study2021
Author(s)
Jinya Sato, Yoji Hirano*, Noriaki Hirakawa, Junichi Takahashi, Naoya Oribe, Hironori Kuga, Itta Nakamura, Shogo Hirano, Takefumi Ueno, Osamu Togao, Akio Hiwatashi, Tomohiro Nakao, Toshiaki Onitsuka
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Journal Title
Journal of Personalized Medicine
Volume: 11
Pages: 121-121
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Subcortical brain volume abnormalities in individuals with an at-risk mental state2020
Author(s)
Sasabayashi D, Takayanagi Y, Takahashi T, Katagiri N, Sakuma A, Obara C, Katsura M, Okada N, Koike S, Yamasue H, Nakamura M, Furuichi A, Kido M, Nishikawa Y, Noguchi K, Matsumoto K, Mizuno M, Kasai K, Suzuki M
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Journal Title
Schizophr Bull
Volume: 46
Pages: 834-45
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Promoter activity-based case-control association study on SLC6A4 highlighting hypermethylation and altered amygdala volume in male patients with schizophrenia2020
Author(s)
Ikegame T, Bundo M, Okada N, Murata Y, Koike S, Sugawara H, Saito T, Ikeda M, Owada K, Fukunaga M, Yamashita F, Koshiyama D, Natsubori T, Iwashiro N, Asai T, Yoshikawa A, Nishimura F, Kawamura Y, Ishigooka J, Kakiuchi C, Sasaki T, Abe O, Hashimoto R, Iwata N, Yamasue H, Kato T, Kasai K, Iwamoto K
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Journal Title
Schizophr Bull
Volume: 46
Pages: 1577-86
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Why are collaborative studies in Asian countries needed? The concept and framework of the Asian Consortium on MRI studies in Psychosis (ACMP)2020
Author(s)
小池進介, 森田健太郎, 植松明子, 北島和俊, 平野羊嗣, 笹林大樹, 高橋努, 高柳陽一郎, 佐久間篤, 岡田直大, 吉野伸哉, 上野雄己, 松本和紀, 鬼塚俊明, 鈴木道雄, 笠井清登, The Asian Consortium on MRI Studies in Psychosis (ACMP)
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Journal Title
日本生物学的精神医学会誌
Volume: 31
Pages: 12-9
Int'l Joint Research
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[Journal Article] Structural MRI study of the planum temporale in individuals with an at-risk mental state using labeled cortical distance mapping2020
Author(s)
Takayanagi Y, Kulason S, Sasabayashi D, Takahashi T, Katagiri N, Sakuma A, Omuro N, Katsura M, Nishiyama S, Nakamura M, Kido M, Furuichi A, Noguchi K, Matsumoto K, Mizuno M, Ratnanather JT, Suzuki M
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Journal Title
Front Psychiatry
Volume: 11
Pages: 593952
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Relationship between cortical thickness and functional outcome in individuals at risk of psychosis2020
Author(s)
Sasabayashi D, Takayanagi Y, Takahashi T, Mizukami Y, Katagiri N, Sakuma A, Obara C, Koike S, Nakamura M, Furuichi A, Kido M, Nishikawa Y, Noguchi K, Yamasue H, Matsumoto K, Mizuno M, Kasai K, Suzuki M
Organizer
The 7th Biennial Schizophrenia International Research Society Conference
Int'l Joint Research
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