| Project/Area Number |
23K05954
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 45060:Applied anthropology-related
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| Research Institution | Kansai Medical University |
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Principal Investigator |
宮内 哲 関西医科大学, 医学部, 非常勤講師 (80190734)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
PRIMA・OKY・ DICKY 岩手県立大学, ソフトウェア情報学部, 教授 (20344624)
河野 理 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 准教授 (90447011)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 瞳孔 / 眼位 / 近赤外光 / 青斑核 / 機械学習 / 睡眠 / 視覚イメージ |
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| Outline of Research at the Start |
これまで計測が不可能だったヒトの閉眼時及び睡眠時の瞳孔径と眼位を計測するシステムを開発する。瞳孔径は自律神経系の重要な指標であるとともに，ヒトでは計測が困難な青斑核の活動を鋭敏に反映する。申請者は，口腔内に近赤外光源を入れると瞳孔が眼瞼上に投影され，瞳孔の大きさに応じて投影像が変化することを発見し，特許を出願した。この眼瞼上の投影像を高感度カメラで撮影し，閉眼時の瞳孔径と眼位を計測するシステムを開発する。このシステムを用いてヒトの睡眠時及び閉眼時の計測を行い，睡眠生理学及び神経精神疾患の診断における新たな生理学的指標を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，これまで計測が不可能だったヒトの閉眼時及び睡眠時の瞳孔径と眼位を計測するシステムを開発する。瞳孔径及び眼位（眼球が静止している位置） は，神経精神疾患，発達障害，注意障害などの臨床医学及び脳神経科学における重要な生理的指標である。特に瞳孔径は自律神経系の重要な指標であるとともに，生理学的覚醒及び注意の調節に関与し，アルツハイマー病との関連でも注目されている青斑核の活動を鋭敏に反映する。しかしヒトの閉眼時の瞳孔径と眼位を計測する方法はない。また青斑核は脳幹背側にある微小な神経核で，ヒトでの計測は機能的磁気共鳴画像などを用いても困難である。以上の理由からヒトの閉眼時・睡眠時の瞳孔径，眼位と，青斑核の活動に関する知見は極めて限られている。
申請者は，口腔内に近赤外光源を入れると，近赤外光が口蓋→上顎洞→眼球組織→瞳孔→眼瞼を通過して眼瞼上に瞳孔が投影され，瞳孔の大きさと位置に応じて投影像が変化することを発見し特許を出願した。この眼瞼上の瞳孔の投影像を高感度カメラで撮影し，閉眼時の瞳孔径と眼位を計測するシステムを開発し，ヒトの睡眠時及び閉眼時の計測を行い，睡眠生理学及び神経精神疾患の診断における新たな生理学的指標を確立する。
令和5年度は，研究分担者の河野と共に，現有の計測システムを用いて，近赤外光量，波長（850及び940nm），光源の口蓋内での位置，露出時間を変えて眼瞼上の瞳孔像を撮像し，撮影パラメーターの最適化を行った。さらに，機械学習のための閉眼時眼位と瞳孔径データを収集した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和5年度は，現有の計測システムを用いて，近赤外光量，波長（850及び940nm），光源の口蓋内での位置，露出時間を変えて眼瞼上の瞳孔像を撮像し，撮影パラメーターの最適化を行った。さらに，機械学習のための閉眼時眼位と瞳孔径データを収集した。
令和5年10月頃より，同一の計測条件にもかかわらず瞳孔の投影像が不安定になる現象が生じ始めた。調査の結果，近赤外光源用の直流安定化電源の経年劣化が原因であることが判明し，既有の別の安定化電源に置き換えることにより解決した。このトラブルにより二三ヶ月の遅れが生じた。そのため，撮像パラメーターの最適化はほぼ完了したが，機会学習用のデータ収集に遅れが生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
機械学習では膨大なデータを必要とする。「現在までの進捗状況」に記したように，撮像パラメーターの最適化はほぼ完了したが，直流安定化電源の不良により遅延が生じたため，機会学習用データの収集に遅れが出ている。令和6年度前半にデータ収集を行い，研究分担者のプリマと共に機械学習による瞳孔径及び眼位推定の有効性を確認する。
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