2023 Fiscal Year Final Research Report

Developing Effective Chaos Control Mechanisms for Circadian Rhythm Neural System toward the Treatment of Bipolar Disorder

Research Project

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Project/Area Number	20K11976
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	Yamato University (2023) University of Hyogo (2020-2022)
Principal Investigator	NISHIMURA Haruhiko 大和大学, 情報学部, 教授 (40218201)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	信川創千葉工業大学, 情報科学部, 教授 (70724558) 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) 水野由子 (松本由子) 兵庫県立大学, 情報科学研究科, 教授 (80331693)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	カオス制御 / 神経システム / ニューラルネットワーク / 概日リズム / 双極性障害 / フィードバック
Outline of Final Research Achievements	In this study, we constructed a neural system model focusing on the nonlinear dynamics of neural activity in the frontal cortex and circadian rhythm, which is one of the neural bases of bipolar disorder, and then searched for pathological parameter regions corresponding to the neural activity of bipolar disorder, estimated the dynamics of circadian activity, and clarified its mapping structure. Next, we designed a feedback signal to control the neural activity of bipolar disorder in response to the input signal using our nonlinear chaos control method called "reduced region of orbit (RRO) method" and analyzed its effect on the stabilization of circadian rhythm. The findings suggest that light therapy, which has been shown to be somewhat effective in restoring circadian rhythm, could be adapted to the RRO method.
Free Research Field	知能システム科学、ソフトコンピューティング、ヘルスケア情報科学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	カオス-カオス間欠性(CCI)を制御する手法として，我々はこれまでに"軌道領域減少法"(RRO法)と呼ばれるカオス制御法を構築してきており、この手法は前頭野でのCCIに端を発するとされる双極性障害における概日リズムの乱れの安定化を実現する有力な候補となる．よって，概日リズムを生成する神経システムモデルにおいて，RROフィードバック信号を具体的に設計し，RRO法による最適化制御について分析したことによる知見は，概日リズムを安定化する治療法の考案に繋がるものであり，非線形制御理論の医療への応用的観点からも極めて重要である．