動的神経ネットワーク障害に着目した自閉性障害の早期診断/個別化治療システムの構築

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K07964
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 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)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 信川 創 千葉工業大学, 情報科学部, 准教授 (70724558) ; 池田 尊司 金沢大学, 子どものこころの発達研究センター, 助教 (80552687)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 自閉症スペクトラム障害 / 神経ネットワーク障害 / 脳磁図 / 動的位相変動解析 / クラスタリング分析 / 脳活動シミュレータ

Outline of Annual Research Achievements

研究では，申請者らが開発した動的位相変動解析を脳磁図に適用することで動的神経ネットワーク構造をよりダイナミカルに捉え，自閉症スペクトラム障害における神経ネットワーク障害の新たな一面を浮き彫りにする．さらにクラスタリング分析や脳活動シミュレータを用いることで，臨床的異質性や併存する精神疾患に配慮した個別化治療システムの構築を目指す．具体的には，5～6歳の自閉症スペクトラム障害児群と年齢/性別を一致させた定型発達児群を対象に小児用脳磁図を用いて脳機能を計測し，以下の２項目を解明する．① 動的位相変動解析を用いて動的神経ネットワーク構造をダイナミカルに捉え，自閉症スペクトラム障害に特徴的な神経ネットワークダイナミクスを明らかにする．② クラスタリング分析や脳活動シミュレータを用い，臨床的異質性や併存する精神疾患との関連性を検討し，早期診断/個別化治療システムの構築を目指す．
現在データ計測は終了し、動的位相変動解析を進めている。脳活動シミュレータについては，大脳基底核-視床-大脳皮質系で生理学的に観測されている発火パターンを再現する神経システムをスパイキングニューラルネットワークにより構築．脳活動シミュレータを用いて興奮性/抑制性ニューロン比率や局所的ネットワーク構造，領野間結合に関するパラメータに着目し，定型発達児群/自閉症スペクトラム障害児のパターン特徴を生成するダイナミカル神経ネットワーク構造の病理パラメータ領域の探索を検討した．結果については英文雑誌に投稿し（Effect of Steady-State Response versus Excitatory/Inhibitory Balance on Spiking Synchronization in Neural Networks with Log-normal Synaptic Weight Distribution），査読中である．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

脳磁図計測は終了しており，現在動的位相変動解析を行っている．
脳活動シミュレータについては，その方法論に関する論文を作成し，現在投稿中である．
以上から，本研究課題は比較的順調に経過していると判断した．

Strategy for Future Research Activity

①脳磁図の動的位相変動解析を進め，自閉症スペクトラム障害児と定型発達児の脳磁図特性に対してクラスタリング解析を行い，自閉症スペクトラム障害に特徴的なプロフィールの成分を明らかにする．
②自閉症スペクトラム障害に特徴的なプロフィールに対して臨床特性や併存疾患との回帰分析を行い，プロフィールに関連するパラメータを明らかにする ．
③すでに構築された脳活動シミュレータを用い，上記で得られたプロフィールを有する神経発火活動を再現するネットワークパラメータ領域を探索し，自閉症スペクトラム障害の神経ネットワークの構造を明らかにする．

Causes of Carryover

現在コロナ禍にあり，予定されていた学会参加は見合わせ，さらに定期的に予定していたミーティングはすべてオンラインで行った．そのため，旅費が不要となった．
論文に関しては受理が間に合わず，投稿料などの経費を使用することがなかった．