2021 Fiscal Year Research-status Report
Visualization and prediction of health and disease states using landscape models
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20K21837
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
石川 哲朗 国立研究開発法人理化学研究所, 情報統合本部, 研究員 (90824160)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | ランドスケープ / 慢性疾患 / 急性疾患 / 疾患の多様性 / 病態分類 / 予後予測 / 層別化 / 可視化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和3年度は、これまで取り組んで来た慢性疾患データに対するランドスケープ分析として引き続き、1.睡眠リズム障害への応用、および、2.心不全データへの適用、そして、新たな対象疾患領域として急性疾患データへの適用として、3.新興感染症、特に新型コロナウイルス感染症（COVID-19）のデータ分析にランドスケープを応用する研究を実施した。
【睡眠リズム障害研究】全国180箇所の保育園で0歳から6歳までの乳幼児約7000人から記録された睡眠票のデータを解析して、アプリやサービスに展開するための睡眠リズムを判定するアルゴリズムの開発を行なった。睡眠覚醒パターンの時系列特徴量として波形のシェイプに着目したアルゴリズムを考案し、ブラックボックスではない解釈可能な特徴を用いて説明性のある分類手法を構築した。これを応用すれば、発達に応じた典型的な睡眠パターンの推移をランドスケープとして表現することも可能であると期待される。
【心不全研究】心不全で従来用いられて来た病態分類をさらに個別化・精密化するため、ランドスケープの発想を応用した。状態の近い患者が多く存在する領域を密度情報を保ったままなるべく近くに配置して２次元布置を求め、クラスタリングすることで、患者の多様性を表現する新たな層別化を実現した。実際に見出されたクラスタごとに予後に違いが見られたことから、新規の病態分類をデータ駆動的に実現するのみならず、臨床的にも有用な情報を得られる展望がある。
【COVID-19研究】症状が急激に変化する急性疾患の分析への応用として、COVID-19の症状の多様性の可視化、および感染流行の早期予測に取り組んだ。症状の組み合わせのランドスケープから見出した新たな層別化は死亡リスクとの関連が見出され、感染者数のダイナミクスのランドスケープからは感染流行の兆候を見出す新たな表現方法として有望であることが示唆された。
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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
令和3年度は当課題の対象疾患の研究の幅を広げ、慢性疾患としての睡眠リズム障害や心不全の多様性の理解、そして急性疾患への適用としてCOVID-19に関連する病態や感染状況をランドスケープの考え方や発想に基づいた状態の多様性を記述する方法論を確立する研究を推し進め、3件の記事を執筆し、2件の国際学会発表を含む7件の学会発表、1件の特許出願を行なった。特に今年度の飛躍としては、従来用いていた理論物理に端を発する特定のモデルに拘泥し過ぎず、より柔軟な発想でランドスケープのパースペクティブを体現するデータ駆動的な可視化や方法論をいくつか見出した点である。方法論を理論的に基礎付ける方向性、および各々の対象疾患ごとに得られた成果を論文にまとめて投稿する準備を精力的に進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
健康・疾患状態の状態遷移や病態の多様性をランドスケープモデルが記述できることをデータ駆動的な手法を用いて、明確に具体例で示すPoCとなる論文を仕上げるのを令和4年度の目標とする。本研究計画に関連してさまざまなデータ解析を実施して来た実績に基づけば、幅広い応用先が見つかって来ていることは間違いのない事実であるため、その根幹となる原著論文をそろそろ世に問うてもよい時期に差し掛かっている。もちろん、研究が進むに連れ計画当初に想定していたよりも多くの検討事項や要求仕様（臨床現場からのニーズと期待）が生じているため、可視化や描画アルゴリズムのさらなる開発、アップデートやチューニングも同時に進めて行く。そのためには、手法が必ず備えるべき性質と、可能であれば満たすべきオプショナルな性質を切り分けて、前者から順に注力して研究開発を推進する必要がある。また、他のクラスタリング手法や可視化手法との比較を行い、ランドスケープのメリットやアドバンテージを浮き彫りにするとともに、必ずしもランドスケープで表現し切れない部分については相補的に組み合わせることで過不足なく情報を表現できるサポーティブな手法や組み合わせることでよりリッチな表現を可能とする応用方法を検討して行く予定である。
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| Causes of Carryover |
令和3年度は学会参加が招待講演が多く、またCOVID-19感染症感染拡大のために研究打合わせ、国内および国際会議がすべてオンラインまたはハイブリッド開催となったため、旅費が発生しなかった。コロナ下のリモートワークを中心とした新しい働き方の模索を続ける中で、当初予定していたオンプレミスの計算機ワークステーションの導入を見送ったため。次年度はコロナが収束した場合には可能な範囲でオンサイト開催の学会や研究集会に参加して研究成果を発表するとともに、オンプレミスもしくはクラウド型の計算機環境の整備に使用することを予定している。
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Research Products
(13 results)
