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進化計算による特徴的脳機能部位と代謝物質の特定

研究課題

研究課題/領域番号 16K00312
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 知能情報学
研究機関同志社大学

研究代表者

廣安 知之  同志社大学, 生命医科学部, 教授 (20298144)

研究分担者 渡邉 真也  室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30388136)
杉本 昌弘  慶應義塾大学, 政策・メディア研究科(藤沢), 特任教授 (30458963)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2016年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード脳機能イメージング / fMRI / fNIRS / ヒトの状態推定 / 進化計算 / メタボローム / 脳機能 / スパースモデリング / コミュニケーション / マインドフルネス / 脳機能ネットワーク解析 / 協調作業 / 進化的計算
研究成果の概要

本研究のゴールは、fMRIやfNIRSといった非侵襲な脳機能イメージング装置から得られる脳機能データから、被験者の特性のクラスタを決定する要因となる脳機能部位を特定すること、および、唾液のメタボローム解析による代謝変動を測定し、クラスタの識別と関連の高い代謝物質を特定することである。脳機能データから、動的ネットワーク解析を行いヒトの状態推定をする方法、多目的遺伝的アルゴリズムを活用した進化的手法による着目すべき脳機能部位を特定する手法の開発を行った。唾液のメタボローム解析および検討を行ったが目的とする物質を特定する手法の提案までは至らなかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

深い知識を有しない場合や既存の研究例が存在しない場合、非侵襲な脳機能イメージング装置で脳機能データが取得できたとしても、注目すべき脳部位はどこであるかを決定することは難しい。今後、ますます種々のタスクに対して、様々な環境で脳機能情報が取得されることが予想されるが、データドリブンな方式で注目すべき脳部位が決定できることは大いに意義がある。また、fMRIやfNIRSなどの装置は大規模であるため実際の利用においては汎用性が低い。唾液などのメタボローム情報から脳機能状態が決定できれば、汎用性が高まり活用の範囲が拡がる。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 22件)

  • [国際共同研究] Otto von Guericke University Magdeburg(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Otto von Guericke University Magdeburg(Germany)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Otto von Guericke University Magdeburg(Germany)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Automated Extraction of Human Functional Brain Network Properties Associated with Working Memory Load through a Machine Learning-Based Feature Selection Algorithm2018

    • 著者名/発表者名
      Hiwa Satoru、Obuchi Shogo、Hiroyasu Tomoyuki
    • 雑誌名

      Computational Intelligence and Neuroscience

      巻: 2018 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1155/2018/4835676

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Functional near-infrared spectroscopy study of the neural correlates between auditory environments and intellectual work performance2018

    • 著者名/発表者名
      Hiwa Satoru、Katayama Tomoka、Hiroyasu Tomoyuki
    • 雑誌名

      Brain and Behavior

      巻: 8 号: 10

    • DOI

      10.1002/brb3.1104

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 動的な重みベクトル割当てを行うMOEA/Dによる重要な脳機能ネットワークの抽出2018

    • 著者名/発表者名
      原田 圭、廣安 知之、日和 悟
    • 雑誌名

      進化計算学会論文誌

      巻: 9 号: 2 ページ: 75-85

    • DOI

      10.11394/tjpnsec.9.75

    • NAID

      130007496944

    • ISSN
      2185-7385
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evaluating working memory capacity with functional near-infrared spectroscopy measurement of brain activity2018

    • 著者名/発表者名
      Utako Yamamoto, Nozomi Mashima, Tomoyuki Hiroyasu
    • 雑誌名

      Journal of Cognitive Enhancement

      巻: 印刷中 号: 3 ページ: 217-224

    • DOI

      10.1007/s41465-017-0063-y

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Validity of decision mode analysis on an ROI determination problem in multichannel fNIRS data2017

    • 著者名/発表者名
      Satoru HIWA, Mitsunori MIKI and Tomoyuki HIROYASU
    • 雑誌名

      Springer Artificial Life and Robotics

      巻: 22-3 号: 3 ページ: 336-345

    • DOI

      10.1007/s10015-017-0362-5

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analyzing Brain Functions by Subject Classification of Functional Near-Infrared Spectroscopy Data Using Convolutional Neural Networks Analysis2016

    • 著者名/発表者名
      Satoru HIWA, Kenya HANAWA, Ryota TAMURA, Keisuke HACHISUKA and Tomoyuki HIROYASU
    • 雑誌名

      Hindawi Publishing Corporation Computational Intelligence and Neuroscience

      巻: 2016 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1155/2016/1841945

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Construction of a meditation practice support system leads to a good meditation state: an fNIRS study2019

    • 著者名/発表者名
      Seika FUJII, Satoru HIWA, Hiroshi FURUTANI and Tomoyuki HIROYASU
    • 学会等名
      International Symposium on Artificial Life and Robotics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mapping the brain state behavior during meditation in low dimensional feature space2018

    • 著者名/発表者名
      Takuma MIYOSHI, Satoru HIWA and Tomoyuki HIROYASU
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping (OHBM)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Solution Exploration using Multi-Objective Genetic Algorithm for Determining Experiment Candidate2018

    • 著者名/発表者名
      Lorenzo Perino, Akihiro FUJII, Tsuyoshi WAKU, Akira KOBAYASHI, Satoru HIWA and Tomoyuki HIROYASU
    • 学会等名
      Genetic and Evolutionary Computation Conference (GECCO 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A fNIRS study of attentional state induced by breath-counting meditation2018

    • 著者名/発表者名
      Shoko YAMAMOTO, Satoru HIWA and Tomoyuki HIROYASU
    • 学会等名
      Society for fNIRS
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Functional connectivity analysis during breath-counting meditation using multichannel fNIRS2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoka KATAYAMA
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping (OHBM)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Adaptive Weight Vector Assignment Method for MOEA/D2017

    • 著者名/発表者名
      Kei HARADA
    • 学会等名
      The Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Sparse Feature Selection Method by Pareto-front Exploration -Extraction of functional brain network and ROI for fMRI data2017

    • 著者名/発表者名
      Yuuki KOHRI
    • 学会等名
      The Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Brain region segmentation method using SLIC and Normalized Cut2017

    • 著者名/発表者名
      Keisuke NAKAMURA
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping (OHBM)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Frontal lobe activity during breath-counting meditation: fNIRS study2017

    • 著者名/発表者名
      Seika FUJII
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping (OHBM)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterizing the meditative state based on functional connectivity and low-frequency fluctuation2017

    • 著者名/発表者名
      Satoru HIWA
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping (OHBM)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Intra-individual variations in functional connectivity during resting and meditative states2017

    • 著者名/発表者名
      Takeru AIMOTO
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping (OHBM)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of breath-counting meditation on functional brain connectivity and salivary hormones2017

    • 著者名/発表者名
      Takuma MIYOSHI
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping (OHBM)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of a GLM analysis with adaptive hemodynamic response function on a visual stimulus task2017

    • 著者名/発表者名
      Saki IKEDA
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping (OHBM)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Classification of brain states using functional data obtained during a mental arithmetic task2017

    • 著者名/発表者名
      Rina HAGIWARA
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping (OHBM)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Adaptive HRF analysis of fNIRS data2017

    • 著者名/発表者名
      Saki YOSHITAKE
    • 学会等名
      Organization for Human Brain Mapping (OHBM)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Detecting meditative states through meta-state matching with time-varying functional connectivity matrices2017

    • 著者名/発表者名
      Satoru HIWA
    • 学会等名
      Society for Neuroscience(SFN)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Network analysis of brain activity during breath-counting meditation by fNIRS, Society for Neuroscience Proceedings2017

    • 著者名/発表者名
      Shoko YAMAMOTO
    • 学会等名
      Society for Neuroscience(SFN)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Brain activity and functional connectivity in attention and careless states by fNIRS2017

    • 著者名/発表者名
      Miyu NISHIZAWA
    • 学会等名
      Society for Neuroscience(SFN)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Clusterwise low-rank correlation analysis based on majorization2017

    • 著者名/発表者名
      Kensuke TANIOKA
    • 学会等名
      IASC-ARS/NZSA
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] fNIRS のチャンネル選択問題におけるNSGA-II とMOEA/Dの探索性能比較2016

    • 著者名/発表者名
      原田 圭, 日和 悟, 廣安 知之
    • 学会等名
      進化計算学会、シンポジウム
    • 発表場所
      一宮シーサイドオーツカ (千葉県九十九里)
    • 年月日
      2016-12-10
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Region of interest Extraction of fMRI data using Genetic Algorithms2016

    • 著者名/発表者名
      Satoru HIWA, Yuuki KOHRI, Keisuke HACHISUKA and Tomoyuki HIROYASU
    • 学会等名
      IEEE Proceedings of 2016 Symposium Series on Computational Intelligenc
    • 発表場所
      the Royal Olympic Hotel (Athens, Greece)
    • 年月日
      2016-12-06
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] キックアウト手法を用いた遺伝的アルゴリズムによる脳機能ネットワーク抽出2016

    • 著者名/発表者名
      原田 圭, 日和 悟, Heiner ZILLE, Sanaz MOSTAGHIM, 廣安 知之
    • 学会等名
      計測自動制御学会 システム・情報部門学術講演会(SSI2016)
    • 発表場所
      ウカルちゃんアリーナ(滋賀県立体育館)(滋賀県大津市)
    • 年月日
      2016-12-06
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] An fNIRS study of cooperativeness during synchronized tapping task2016

    • 著者名/発表者名
      Akiho MURAKAMI, Hisatake YOKOUCHI, Satoru HIWA and Tomoyuki HIROYASU
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 発表場所
      the San Diego Convention Center (San Diego, USA)
    • 年月日
      2016-11-12
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Functional brain network extraction using a genetic algorithm with a kick-out method2016

    • 著者名/発表者名
      Kei HARADA, Misato TANAKA, Satoru HIWA, Heiner ZILLE, Sanaz MOSTAGHIM and Tomoyuki HIROYASU
    • 学会等名
      IEEE, Conference on Evolutionary Computation
    • 発表場所
      Vancouver Convention Centre (Vancouver, Canada)
    • 年月日
      2016-07-24
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2023-03-16  

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