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2022 Fiscal Year Annual Research Report

継続的な生体・行動データに基づく認知症の初期症状検出と進行予防支援システム

Research Project

Project/Area Number 22H00547
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

高玉 圭樹  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20345367)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 沼尾 雅之  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (90508821)
田中 健次  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (60197415)
廣瀬 雅宣  聖マリアンナ医科大学, 医学部, 助教 (50812492)
白石 真  聖マリアンナ医科大学, 医学部, 教授 (40350631)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Keywords認知症 / 兆候検知 / 進行予防 / 身体認知機能 / 内発的動機づけ
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,長期に亘って取得した高齢者のパーソナルヒストリー生体・行動データから,(1)高齢者の身体認知機能をADL(日常生活動作)として評価しながら,(2)マットセンサを敷いた布団やベッドに寝るだけで得られる心拍から継続的に認知症の兆候を推定し,(3)長期リハビリに向けた個人の内発的動機づけによって自身の身体認知機能の低下を抑制する3つの手法を探究するとともに,それらを統合した認知症兆候検知・進行予防支援システムの有効性を介護施設や病院にて検証することを目的としている.
その目的達成に向けて,令和4年度では次のような研究を実施した.(1)ADLの中でも基本的ADLより認知機能を伴う手段的ADL(高次の買い物/料理/服薬管理など多くの種類と順番を伴う動作)に焦点をあて,記憶や理解などの認知ADLを評価する手法を考案した.(2)認知症者のメラトニン分泌量のサーカディアンリズム(約24時間周期の生体リズム)は乱れることから,心拍のサーカディアンリズムも乱れると仮定し,その乱れ度合いから認知症を判定する方法を考案した.(3)内発的動機づけとして自己学習に着目し,学習の際の「称賛」と「叱責」それぞれの影響を分析し,内発的動機の効果がより得られる組み合わせ方法を探究した.
学会活動としては,生体工学分野のIEEE EMBC2022で本研究の成果を発表するとともに,人工知能分野のAAAI 2023 Spring Symposiumにて“Socially Responsible AI for Well-being”というシンポジウムのプロポーザルが採択され,研究発表を通して,多くの研究者と本研究テーマに関して討論した.さらに,スタンフォード大学(米国)の医師ともディスカッションし,医学的な助言を受けた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は,介護施設における新型コロナウイルスの感染拡大による影響で,予定していた被験者実験が延期となったため,過去の被験者実験のデータを用いた分析や介護施設外での被験者実験(主に学生を対象)を実施するとともに,次年度の実験で用いるロボットを前倒して開発した.その結果,次のような成果が得られたため,おおむね順調に進んでいる.
具体的には,(1)ADLからの身体認知機能の判定に関しては,機械学習(特に深層学習)だけでは「未知データに対する判定結果の不信頼性」と「環境変化(部屋やセンサ設定の違い等)に対する脆弱性」という問題があるため,オントロジーに基づく推論機構の導入によって,これらの問題を緩和するとともに,機械学習の結果を意味的文脈で解釈することを可能にした.また,次年度に向けて,認知症者との会話を通して認知症判定をする対話ロボットWANCOの開発に着手した.このロボットは,医療現場の認知症診断に用いられるHDS-R(改訂長谷川式簡易知能評価スケール)に基づいた質問をするように設計され,医師と同レベルの判定結果が得られた.(2)マットセンサから得られる心拍数を用いた認知症判定に関しては,心拍における24時間前後の周期の波を最尤推定によって三角関数で近似し,推定した波のフーリエ係数の符号をリズムの乱れ度合いとして活用することによって,8割弱の感度(認知症者を正しく認知症者と判定できる確率)を達成した.医学的には,認知症判定のために数分ごとのメラトニンを測ることは非現実的であるが,就寝中の心拍は数分ごとに測ることは容易であるため,提案手法の意義は極めて高い.(3)内発的動機づけに関しては,称賛(自己有能感を高めること)のみの繰り返しは馴化により,内発的動機づけは抑制されるのに対して,称賛と叱責を組み合わせると内発的動機づけは促進傾向に変わり,自己学習が促されることが分かった.

Strategy for Future Research Activity

今後の研究としては,申請書に記載された計画を進めることを基本とする.ただ,本年度予定していた被験者実験が延期となったため,来年度は介護施設での被験者実験を実施し,本年度得られた結果と同等の結果が得られるかもあわせて分析する.以下,個別の推進方策をまとめる.
具体的には,(1) ADLからの認知症判定に関しては,HDS-Rに基づいて質問するシナリオを実装した対話ロボットを介護施設内に設置して,認知症判定とユーザインタフェースの2つの観点から有効性の評価を行う.また,雑談シナリオ,お話朗読シナリオなど複数のシナリオを柔軟に切り替えられるように対話ロボットの機能拡張を図ることで,継続的な利用を促進する.さらに,音声以外に画像入出力も含めたマルチモーダルなインタフェースを拡張することによって,常時見守りによる長期間の認知機能の評価を可能にする.(2)心拍数に基づく認知症判定に関しては,約24時間の心拍のリズムという長い期間の乱れ具合いに着目したが,睡眠時間が短いと正しく心拍のサーカディアンリズムを推定できずに誤判定する可能性があることから,来年度は10~90分程度という短い期間の心拍数の乱れ具合い着目した判定方法を考案し,睡眠時間が短くても誤判定をする可能性を低減することを目指す.(3)内発的動機づけに関しては,自己学習における称賛と叱責の影響を分析したが,リハビリへの動機ではないため,介護施設における高齢者を対象にリハビリへの称賛と叱責の分析方法を検討する.また,称賛と叱責以外の内発的動機づけとして,長期間に亘り高齢者にWearable健康機器を身に着けてもらい,その期間に得られた歩行や睡眠の結果表示(グラフや数値,言語表示)の理解度や受容性を分析するとともに,動機付けへの展開につなげる.

  • Research Products

    (34 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 5 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results) Funded Workshop (1 results)

  • [Int'l Joint Research] スタンフォード大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      スタンフォード大学
  • [Journal Article] A multicenter, prospective, observational study to assess the satisfaction of an integrated digital platform of online medical care and remote patient monitoring in Parkinson's disease2023

    • Author(s)
      Shiraishi Makoto、Kamo Tsutomu、Kumazawa Ryuya、Sasaki Naoshi、Isahaya Kenji、Akiyama Hisanao、Furusawa Yoshihiko、Onodera Reiko、Fernandez Jovelle、Otsuka Masaru、Yamano Yoshihisa
    • Journal Title

      Neurology and Clinical Neuroscience

      Volume: 11 Pages: 152~163

    • DOI

      10.1111/ncn3.12709

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Deprescribing as an Opportunity to Facilitate Patient-Centered Care: A Qualitative Study of General Practitioners and Pharmacists in Japan2023

    • Author(s)
      Ie Kenya、Machino Reiko、Albert Steven M.、Tomita Shiori、Kushibuchi Mio、Hirose Masanori、Matsuda Takahide、Okuse Chiaki、Ohira Yoshiyuki
    • Journal Title

      International Journal of Environmental Research and Public Health

      Volume: 20 Pages: 3543~3543

    • DOI

      10.3390/ijerph20043543

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The Forward and Lateral Tilt Angle of the Neck and Trunk Measured by Three-Dimensional Gait and Motion Analysis as a Candidate for a Severity Index in Patients with Parkinson’s Disease2022

    • Author(s)
      Matsumoto Hirofumi、Shiraishi Makoto、Higashi Ariaki、Hino Sakae、Kaburagi Mayumi、Mizukami Heisuke、Maki Futaba、Yamauchi Junji、Tanabe Kenichiro、Sato Tomoo、Yamano Yoshihisa
    • Journal Title

      Neurology International

      Volume: 14 Pages: 727~737

    • DOI

      10.3390/neurolint14030061

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Relationship between changes in symptoms and antibody titers after a single vaccination in patients with Long COVID2022

    • Author(s)
      Tsuchida Tomoya、Hirose Masanori、Inoue Yoko、Kunishima Hiroyuki、Otsubo Takehito、Matsuda Takahide
    • Journal Title

      Journal of Medical Virology

      Volume: 94 Pages: 3416~3420

    • DOI

      10.1002/jmv.27689

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Hoagland sign in infectious mononucleosis2022

    • Author(s)
      Otsuki Takuya、Ishizuka Kosuke、Hirose Masanori、Ie Kenya
    • Journal Title

      BMJ Case Reports

      Volume: 15 Pages: e252839~e252839

    • DOI

      10.1136/bcr-2022-252839

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 気腫性変化を基礎に有する肺炎患者の予後予測~A-DROPとGoddard分類を組み合わせたAG-DROPによる評価法~2022

    • Author(s)
      大槻拓矢, 家研也, 廣瀬雅宣, 本橋伊織, 土田知也, 相原茉里, 櫛渕澪, 八木橋国博, 奥瀬千晃, 松田隆秀, 大平善之
    • Journal Title

      日本病院総合診療医学会雑誌

      Volume: 18 Pages: 332~339

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 梅の種子による食餌性十二指腸閉塞の1例2022

    • Author(s)
      加藤優一, 山下裕顕, 山田祐揮, 廣瀬雅宣, 酒井翼, 本橋伊織, 石田潤, 松永光太郎, 家研也, 松田隆秀, 大平善之, 奥瀬千晃
    • Journal Title

      日本病院総合診療医学会雑誌

      Volume: 18 Pages: 445~447

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Exploring High-dimensional Rules Indirectly via Latent Space Through a Dimensionality Reduction for XCS2023

    • Author(s)
      Yatsu, N., Shiraishi, H., Sato, H., and Takadama, K.
    • Organizer
      Genetic and Evolutionary Computation Conference (GECCO 2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Alzheimer Dementia Detection Based on Time-series Instability of Heart Rate2023

    • Author(s)
      Matsuda, N., Nakari, I., and Takadama, K., Katayama, K., Shiraishi, M., Ohira, Y.
    • Organizer
      The 45th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC2023)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Introduction of face expression into the dialogue system for a sense of affinty2023

    • Author(s)
      Midorikawa, H. and Numao, M.
    • Organizer
      The AAAI 2023 Spring Symposia
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Integration of Robot-Initiated Dialog into Task-Oriented Dialog by Adding Hidden Tasks - Application to Monitoring for Elderly2023

    • Author(s)
      Kawamura, M., Suzaki, T. and Numao, M.
    • Organizer
      The AAAI 2023 Spring Symposia
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] State Machine-Based Multimodal Dialogue System for the Elderly Care Service2023

    • Author(s)
      Suzaki, T. and Numao, M.
    • Organizer
      The AAAI 2023 Spring Symposia
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 自己学習において正負の成績フィードバックの組み合わせが内発的動機づけに与える影響2023

    • Author(s)
      藤江達也、田中健次、長濱章仁
    • Organizer
      計測自動制御学会,第50回 知能システムシンポジウム
  • [Presentation] 新型コロナウイルス後遺症に合併する体位性頻脈症候群の治療経過について2023

    • Author(s)
      土田知也, 石橋祐記, 石塚晃介, 片山皓太, 井上陽子, 廣瀬雅宣, 明石嘉浩, 大平善之
    • Organizer
      第26回日本病院総合診療医学会学術総会
  • [Presentation] Unstable Circadian Rhythm of Heart Rate of Alzheimer Dementia Based on Biological Data of Mattress Sensor2022

    • Author(s)
      Matsuda, N., Nakari, I., and Takadama, K.
    • Organizer
      The 44th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society (EMBC2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] XCSR with VAE using Gaussian Distribution Matching: From Point to Area Matching in Latent Space for Less-overlapped Rule Generation in Observation Space2022

    • Author(s)
      Yatsu, N., Shiraishi, H., Sato, H., and Takadama, K.
    • Organizer
      The 2022 IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] (k,n)-Threshold Encoding Scheme for RFID-based Real-Time Event Extraction and Its Application to ADL Recognition2022

    • Author(s)
      Numao, M. and Fukumoto, R.
    • Organizer
      The 4th International Conference on Activity and Behavior Computing
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of perception of vertical position on forward flexion posture in patients with Parkinson’s disease: A multicenter, observational study (interim report)2022

    • Author(s)
      Shiraishi, M., Mikami, K., Kamo, H., Tsunemi, T., Kamo, T., Okuma, Y., Fujimoto, K., Yokota, Y., Nogawa, S., Osada, T., Seki, M., Nagayama, H., Hatano, T., Nakajima, H., Suzuki, K., Yamamoto, T., Yamano, Y., Hattori, N., Iijima, M.
    • Organizer
      International Congress Parkinson's Disease and Movement Disorders
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 進化的ルール学習と次元削減・生成モデルのハイブリッドモデルにおける観測空間での報酬による潜在空間を経由したルール学習手法2022

    • Author(s)
      谷津 直弥, 白石 洋輝, 佐藤 寛之, 髙玉 圭樹
    • Organizer
      進化計算学会,第16回進化計算シンポジウム 2022
  • [Presentation] 学習分類子システムによる深層学習モデルの複数判断ルールの獲得2022

    • Author(s)
      新谷 大樹, 谷津 直弥, 白石 洋輝, 高玉 圭樹
    • Organizer
      進化計算学会,第16回進化計算シンポジウム 2022
  • [Presentation] 複数シナリオに対応したタスク指向型対話システムの開発と介護施設向け見守りロボットへの応用2022

    • Author(s)
      須崎孝嗣,沼尾雅之
    • Organizer
      情報処理学会,マルチメディア,分散,協調とモバイル(DICOMO2022)シンポジウム
  • [Presentation] パーキンソン病患者の垂直姿位の認識が前 屈姿勢に及ぼす影響~多施設研究(中間報告)2022

    • Author(s)
      白石眞, 三上恭平, 加茂晃, 常深泰司, 加茂力, 大熊泰之, 藤本健一, 野川茂, 横田優樹, 中嶋秀人, 長田高志, 関守 信, 永山寛, 鈴木圭輔, 山元敏正, 波田野琢, 山野嘉久, 服部信孝, 飯嶋睦
    • Organizer
      第63回日本神経学会学術大会
  • [Presentation] パーキンソン病におけるpunding、hobbyismの行為内容に関する解析2022

    • Author(s)
      青木良磨, 白石眞, 三上恭平, 加茂力
    • Organizer
      第63回日本神経学会学術大会
  • [Presentation] パーキンソン病患者の垂直姿位の認識が前 屈姿勢に及ぼす影響~多施設観察研究~2022

    • Author(s)
      白石眞, 三上恭平, 加茂晃, 常深泰司, 加茂力, 大熊泰之, 藤本健一, 横田優樹, 野川茂, 長田高志, 関守信, 永山寛 , 波田野琢, 中嶋秀人, 鈴木圭輔, 山元敏正, 山野嘉久、服部信孝, 飯嶋睦
    • Organizer
      第16回パーキンソン病・運動障害疾患コングレス
  • [Presentation] COVID-19環境下におけるPDおよび関連疾患患者の外来リハビリテーション受診動態への影響2022

    • Author(s)
      三上恭平, 白石眞, 加茂力
    • Organizer
      第16回パーキンソン病・運動障害疾患コングレス
  • [Presentation] 職域健診者を対象とした生活習慣病リスクコントロールが無症候性脳 虚血病巣に及ぼす影響2022

    • Author(s)
      白石眞, 戸兵雄子, 成田信義, 松本博文, 三宅仁
    • Organizer
      第59回日本臨床生理学会総会
  • [Presentation] パーキンソン病患者の前屈姿勢の経過と薬物投与状況について~多施設観察研究(中間報告)~2022

    • Author(s)
      白石眞, 三上恭平, 加茂晃, 野川茂, 長田高志, 関守信, 永山寛, 中嶋秀人, 山野嘉久 服部信孝, 飯嶋睦
    • Organizer
      第40回日本神経治療学会学術集会
  • [Presentation] 新型コロナウイルス感染後後遺症患者へのワクチン接種前後の症状変化と抗体価についての調査2022

    • Author(s)
      土田知也, 廣瀬雅宣, 井上陽子, 大坪毅人 松田隆秀
    • Organizer
      第119回日本内科学会講演会
  • [Presentation] やってみよう!はじめての研究 ~観察研究編2022

    • Author(s)
      家研也, 高田俊彦, 廣瀬雅宣, 本橋伊織, 櫛渕澪
    • Organizer
      第13回日本プライマリケア連合学会学術大会
  • [Presentation] 肺炎併存の有無による COVID-19罹患後後遺症の特徴に関する検討2022

    • Author(s)
      廣瀬雅宣, 土田知也, 家研也, 本橋伊織, 井上陽子, 奥瀬千晃, 松田隆秀, 大平善之
    • Organizer
      第25回日本病院総合診療医学会学術総会
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 深層学習モデルの複数判断ルール獲得システム及び深層学習モデルの複数判断ルール獲得方法2022

    • Inventor(s)
      高玉 圭樹, 新谷 大樹
    • Industrial Property Rights Holder
      高玉 圭樹, 新谷 大樹
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2022-200597
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 睡眠段階推定装置、睡眠段階推定方法および睡眠段階推定プログラム2022

    • Inventor(s)
      高玉 圭樹,桃原 明里
    • Industrial Property Rights Holder
      高玉 圭樹,桃原 明里
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特許第7125087号
  • [Funded Workshop] The AAAI 2023 Spring Symposia2023

URL: 

Published: 2024-12-25  

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