2022 Fiscal Year Research-status Report
マウス睡眠EEG/EMGデータ自動ステージ判定アルゴリズムと周辺ソフトウェア開発
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21K06385
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
山田 陸裕 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 客員研究員 (90469924)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | マウス / 睡眠 / EEG/EMG / 統計 / アルゴリズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本提案では、マウス脳波／筋電(EEG/EMG)データから覚醒・REM睡眠・NREM睡眠の各ステージを自動的に判定するデータ解析手法を開発する。機械学習で行われる特徴量探索をあえて行わない、ある意味で「原始的」なアルゴリズム開発を敢えて指向する。これにより、膨大な教師データを用意する作業を不要にしたり、計算コストの高い統計学的アルゴリズムを不要にし、かつ、判定基準となる特徴量を明確に定義することで判定結果の解釈が容易にできるアルゴリズムを実現する。本年度は、未知の遺伝子変異によるEEG/EMGシグナル変化への適用性を検証した。提案者の所属研究室で作出された睡眠表現型に関わる遺伝子変異マウスの実データでアルゴリズムの適用性を検証した。この結果、多くの場合について開発したアルゴリズムが正常にステージ判定できることが確認された一方で、ごくまれなケースにおいて、判定精度が極端に低下するケースが見られた。このケースを詳細に調べたところ、睡眠状態と覚醒状態での高周波周波数成分の変化量が通常よりも極端に小さったことが分かった。これまでのアルゴリズムでは、低周波側と高周波側の変化量は同程度であることを前提としており、一方の変化量が極端に少ない場合は判定精度が低下する。この課題に取り組み、低周波側と高周波側の変化量のバランスを適度に自動調整するステップをアルゴリズムに加えることによって高い判定精度を維持できるようになった。また、開発中のソフトウェアによるEEG/EMG解析を活用した睡眠研究が進み、成果発表につながっている。
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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
所属研究室において睡眠表現型に影響する遺伝子変異マウスの作出が順調に進み、実データでの試験を実施することができた。その結果，未知の遺伝子変異についての実データに対しても期待通りかそれ以上に安定した判定性能が得られることが確認できた。これにより、提案時に挙げていた課題のおおよそ８程度が解決できたと考えられ、３年計画の２年目として順当な成果だと捉えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究者による確認・修正作業負担を軽減するソフトウェアツールを開発する。直感的な操作で視覚的にEEG/EMGシグナルを確認・修正できるツールの開発を目指す。また、ビデオなどEEG/EMG以外のデータを合わせて検討するためのソフトウェアツールを開発する。
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| Causes of Carryover |
所属研究室で順調に遺伝子変異マウスが作出されEEG/EMG計測データ取得されたことで、本計画のアルゴリズム開発目的でのマウス購入や計測の必要性がなくなった。また本年度に見込んでいたデスクトップPCの購入については、既存の機器での開発が順調に進んだことに加え、半導体不足による主要パーツの価格高騰状況を鑑みて保留した。次年度は、これまでに蓄積されてきた多数のEEG/EMGデータについて開発したアルゴリズムでの再解析を予定している。また、開発の進展に伴って適宜解析を繰り返し実施することが想定されるため、大規模なデータ解析に備えて、より高性能なデスクトップ型のPCを導入することを計画する。
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