心拍データに隠れた潜在構造の特定による睡眠段階推定

• 研究課題/領域番号: 15K12105
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ソフトコンピューティング
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 高玉 圭樹 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (20345367)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: ソフトコンピューティング / 機械学習 / 睡眠段階推定 / 人工知能

研究成果の概要

本研究では，体調/加齢/障害によって動的に変化する睡眠状態(睡眠のリズムや深さなど)に対して，心拍データに隠れた潜在構造(「睡眠特性」と呼ぶ)を心拍データからマイニングすることで，高い精度で睡眠段階を推定する無拘束型睡眠段階推定手法を探究した．具体的には，心拍データから各人のウルトラディアンリズム(ノンレム/レム睡眠の周期)を構成する周波数成分の組合せを睡眠特性として特定し，(1)体調の変化にロバストで，(2)年齢の変化に追従可能であることに加え，(3)睡眠障害の影響を考慮した睡眠段階推定を考案し，その効果を明らかにした．

研究成果

• [国際共同研究] Stanford University(U.S.A.)
• [国際共同研究] University of Bristol(英国)
• [国際共同研究] Stanford University(米国)
• [雑誌論文] 快眠を導く音とは：心拍・呼吸に連動した音の睡眠への影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高玉 圭樹 (村田 暁紀，上野 史，田島 友祐，原田 智広)
  • 雑誌名: 人工知能学会誌 巻: 31(3) ページ: 383-388
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evolutionary algorithms for uncertain evaluation functions, (2015)
  • 著者名/発表者名: Tajima, Y., Nakata, M., Matsushima, H., Sato, H., Hattori, K., and Takadama, K.
  • 雑誌名: New Mathematics and Natural Computation,World Scientific 巻: Vol. 11 号: 02 ページ: 201-215
  • DOI: 10.1142/s1793005715400062
  • 査読あり
• [学会発表] 心拍数変動の類似性を考慮したリアルタイム睡眠段階推定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田島 友祐 (原田 智広，高玉 圭樹)
  • 学会等名: 2017年度人工知能学会全国大会(第31回)
  • 発表場所: ウインクあいち（質権名古屋市）
  • 年月日: 2017-05-25
• [学会発表] Improving Accuracy of Real-time Sleep Stage Estimation by Considering Personal Sleep Feature and Rapid Change of Sleep Behavior, (2017)
  • 著者名/発表者名: Harada, T. (Kawashima, T., Morishima, M., and Takadama, K.)
  • 学会等名: The AAAI (The Association for the Advancement of Artificial Intelligence) 2017 Spring Symposia Wellbeing AI: From Machine Learning to Subjectivity Oriented Computing
  • 発表場所: Palo Alto, USA
  • 年月日: 2017-03-29
  • 国際学会
• [学会発表] Sleep Stage Estimation using heartrate approximate minimum method (2017)
  • 著者名/発表者名: Tajima, Y. (Harada, T., and Takadama, K.)
  • 学会等名: The AAAI (The Association for the Advancement of Artificial Intelligence) 2017 Spring Symposia Wellbeing AI: From Machine Learning to Subjectivity Oriented Computing
  • 発表場所: Palo Alto, USA
  • 年月日: 2017-03-29
  • 国際学会
• [学会発表] 覚醒と浅睡眠に着目した圧力センサに基づく非侵襲的睡眠段階推定とその精度向上 (2017)
  • 著者名/発表者名: 上原 知里 (松本 和馬, 田島 友祐, 小峯 嵩裕, 原田 智広, 佐藤 寛之, 高玉 圭樹)
  • 学会等名: 計測自動制御学会，第44回知能システムシンポジウム
  • 発表場所: 東海大学 （東京都港区）
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 個人の睡眠特徴を考慮したリアルタイム睡眠深度推定の精度向上 (2016)
  • 著者名/発表者名: 原田 智広 (川嶋 隆宏，森島 守人，高玉 圭樹)
  • 学会等名: 電子情報通信学会, 第3回 ヘルスケア・医療情報通信技術研究会 (MICT)
  • 発表場所: 東京農工大学（東京都小金井市）
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] Personalized real-time sleep stage from past sleep data to today's sleep stage estimation, (2016)
  • 著者名/発表者名: Tajima, Y. (Harada, T., Sato, H., and Takadama, K.)
  • 学会等名: The 18th International Conference on Human-Computer Interaction (HCI International 2016)
  • 発表場所: Toronto, Canada
  • 年月日: 2016-07-20
  • 国際学会
• [学会発表] Personalized real-time sleep stage from past sleep data to today's sleep stage estimation, (2016)
  • 著者名/発表者名: Tajima, Y.(Harada, T., Sato, H., and Takadama, K.)
  • 学会等名: The 18th International Conference on Human-Computer Interaction (HCI International 2016)
  • 発表場所: Toronto, Canada
  • 年月日: 2016-07-17
  • 国際学会
• [学会発表] 生体リズムに連動した音の特徴と睡眠因子との関連について (2016)
  • 著者名/発表者名: 山木 清志 (森島 守人，植屋 夕輝，高玉 圭樹，角谷 寛)
  • 学会等名: 日本睡眠学会, 第41回日本睡眠学会シンポジウム
  • 発表場所: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • 年月日: 2016-07-08
• [学会発表] Biofeedback; 快眠音による睡眠介入への展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森島 守人 (山木 清志，川嶋 隆宏，菅野 智，原田 智広，高玉 圭樹)
  • 学会等名: 日本睡眠学会, 第41回日本睡眠学会シンポジウム
  • 発表場所: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • 年月日: 2016-07-08
• [学会発表] 生体リズムに連動した音の特徴の違いが睡眠の質に及ぼす影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山木 清志(森島 守人，植屋 夕輝，高玉 圭樹，角谷 寛)
  • 学会等名: 第41回日本睡眠学会シンポジウム，日本睡眠学会
  • 発表場所: 新宿、東京
  • 年月日: 2016-07-08
• [学会発表] Biofeedback; 快眠音による睡眠介入への展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 森島 守人(山木 清志，川嶋 隆宏，菅野 智，原田 智広，高玉 圭樹)
  • 学会等名: 第41回日本睡眠学会シンポジウム，日本睡眠学会
  • 発表場所: 新宿、東京
  • 年月日: 2016-07-08
• [学会発表] Real-time Sleep Stage Estimation from Biological Data with Trigonometric Function Regression Model (2016)
  • 著者名/発表者名: Harada, T. ( Uwano, F., Komine, T., Tajima, Y., Kawashima, T.)
  • 学会等名: The AAAI 2016 Spring Symposia, Well-Being Computing: AI Meets Health and Happiness Science, AAAI (The Association for the Advancement of Artificial Intelligence)
  • 発表場所: Stanford, USA
  • 年月日: 2016-03-22
  • 国際学会
• [学会発表] Human Body Vibration Analysis - Toward the Next Generation Sleep Monitoring/Evaluation (2016)
  • 著者名/発表者名: Komine, T. (Takadama, K., Nishino, S.)
  • 学会等名: The AAAI 2016 Spring Symposia, Well-Being Computing: AI Meets Health and Happiness Science, AAAI (The Association for the Advancement of Artificial Intelligence)
  • 発表場所: Stanford, USA
  • 年月日: 2016-03-22
  • 国際学会
• [学会発表] Effects on Sleep by `Cradle Sound' Adjusted to Heartbeat and Respiration (2016)
  • 著者名/発表者名: Morishima, M.(Sugino, Y., Ueya, Y., Kadotani, H., and Takadama, K)
  • 学会等名: The AAAI 2016 Spring Symposia, Well-Being Computing: AI Meets Health and Happiness Science, AAAI (The Association for the Advancement of Artificial Intelligence)
  • 発表場所: Stanford, USA
  • 年月日: 2016-03-22
  • 国際学会
• [学会発表] 半教師あり学習に基づく進化的クラスタリングによる快眠音の個別適応化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 星野 秀彰(村田 暁紀，建部 尚紀，中田 雅也，佐藤 寛之，高玉 圭樹)
  • 学会等名: 計測自動制御学会，第43回知能システムシンポジウム
  • 発表場所: 室蘭工業大学（北海道室蘭市）
  • 年月日: 2016-03-11
• [学会発表] 生体リズムに連動した音と音色の違いによる睡眠に及ぼす影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山木 清志(植屋 夕輝，石原 淳，森島 守人，原田 智広，高玉 圭樹)
  • 学会等名: 第40回日本睡眠学会シンポジウム，日本睡眠学会
  • 発表場所: 栃木県総合文化センター（栃木県宇都宮市）
  • 年月日: 2015-07-03
• [産業財産権] 心拍数変化と機械学習によるREM推定技術 (2017)
  • 発明者名: 高玉 圭樹，上原 知里, 原田 智広
  • 権利者名: 高玉 圭樹，上原 知里, 原田 智広
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-066199
  • 出願年月日: 2017-03-10
• [産業財産権] 睡眠段階推定装置，生体データ推定装置，睡眠段階推定方法，生体データ推定方法，睡眠段階推定プログラムおよび生体データ推定プログラム (2016)
  • 発明者名: 高玉 圭樹，原田 智広
  • 権利者名: 電気通信大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-03-14
  • 外国