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神経ネットワークダイナミクスに着目した認知症の早期診断システムの構築

研究課題

研究課題/領域番号 18K18124
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分61040:ソフトコンピューティング関連
研究機関千葉工業大学

研究代表者

信川 創  千葉工業大学, 情報科学部, 准教授 (70724558)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード神経ネットワークダイナミクス / 認知症 / 加齢 / 脳波 / 早期診断 / スパイキングニューラルネットワーク / 複雑性解析 / 機能的結合 / ゆらぎ / 機械学習
研究成果の概要

超高齢社会を迎える現代,老年期精神疾患である認知症に対する予防的介入と,それに続く早期発見と治療の実現は直近の課題である.そのためには,初期の認知症や認知症発症前の軽度認知障害の段階における診断法の構築が必要となる.本研究では,脳波の各部位間における動的位相差の複雑性の変化に着目することで,認知症における神経ネットワーク変質の新たな特性を捉え,初期の認知症や認知症の前段階である軽度認知障害での神経ネットワーク変質を検出する診断システムの構築を目的として研究を行った.その結果,動的位相差による加齢や認知症の神経ネットワーク変質を捉えることに成功した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年の神経科学においては, 神経活動の同期によって機能的結合を評価するだけでなく,より広い概念で各領野での相互作用を機能的結合として捉え直す必要性が指摘されている.本研究では, 臨床的な汎用性が高い脳波に対して,各領野での相互作用を動的位相差の複雑性によって評価し,加齢による認知機能の低下や初期の認知症を高い精度で検出したものである. よって,この成果は早期診断や診断精度の向上,更には治療効果の判定が期待できることから,個々の症例に応じたテイラーメイドの治療方針を策定する上で大きく貢献すると考えられる.

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 1件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件) 備考 (4件)

  • [雑誌論文] Long-Tailed Characteristic of Spiking Pattern Alternation Induced by Log-Normal Excitatory Synaptic Distribution2020

    • 著者名/発表者名
      Sou Nobukawa, Haruhiko Nishimura, Nobuhiko Wagatsuma, Satoshi Ando, Teruya Yamanishi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems

      巻: Early Access 号: 8 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1109/tnnls.2020.3015208

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Synchronization of Chaos in Neural Systems2020

    • 著者名/発表者名
      Nobukawa Sou、Nishimura Haruhiko
    • 雑誌名

      Frontiers in Applied Mathematics and Statistics

      巻: 6 ページ: 1-7

    • DOI

      10.3389/fams.2020.00019

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] High Phase Synchronization in Alpha Band Activity in Older Subjects with High Creativity2020

    • 著者名/発表者名
      S. Nobukawa, T. Yamanishi, K. Ueno, K. Mizukami, H. Nishimura, T. Takahashi
    • 雑誌名

      Frontiers in Human Neuroscience

      巻: 14 ページ: 1-11

    • DOI

      10.3389/fnhum.2020.583049

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Classification Methods Based on Complexity and Synchronization of Electroencephalography Signals in Alzheimer's Disease2020

    • 著者名/発表者名
      S. Nobukawa, T. Yamanishi, S. Kasakawa, H. Nishimura, M. Kikuchi, T. Takahashi
    • 雑誌名

      Frontiers in Psychiatry

      巻: 11 ページ: 1-12

    • DOI

      10.3389/fpsyt.2020.00255

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Temporal-specific complexity of spiking patterns in spontaneous activity induced by a dual complex network structure2019

    • 著者名/発表者名
      Sou Nobukawa, Haruhiko Nishimura, Teruya Yamanishi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 12749-12749

    • DOI

      10.1038/s41598-019-49286-8

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Resonance phenomena controlled by external feedback signals and additive noise in neural systems2019

    • 著者名/発表者名
      Nobukawa Sou、Shibata Natsusaku、Nishimura Haruhiko、Doho Hirotaka、Wagatsuma Nobuhiko、Yamanishi Teruya
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1038/s41598-019-48950-3

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Changes in functional connectivity dynamics with aging: A dynamical phase synchronization approach2019

    • 著者名/発表者名
      Sou Nobukawa, Mitsuru Kikuchi, Tetsuya Takahashi
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 188 ページ: 357-368

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2018.12.008

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Atypical temporal-scale-specific fractal changes in Alzheimer's disease EEG and their relevance to cognitive decline2019

    • 著者名/発表者名
      Sou Nobukawa, Teruya Yamanishi, Haruhiko Nishimura, Yuji Wada, Mitsuru Kikuchi, Tetsuya Takahashi
    • 雑誌名

      Cognitive Neurodynamics

      巻: 13 号: 1 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1007/s11571-018-9509-x

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Controlling Chaotic Resonance using External Feedback Signals in Neural Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Sou Nobukawa, Natsusaku Shibata
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1038/s41598-019-41535-0

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Emergent Patterns and Spontaneous Activity in Spiking Neural Networks with Dual Complex Network Structure2018

    • 著者名/発表者名
      Sou Nobukawa, Haruhiko Nishimura, Teruya Yamanishi
    • 雑誌名

      Proceedings of 2018 IEEE 17th International Conference on Cognitive Informatics & Cognitive Computing (ICCI*CC)

      巻: NA ページ: 159-165

    • DOI

      10.1109/icci-cc.2018.8482070

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Skewed and Long-Tailed Distributions of Spiking Activity in Coupled Network Modules with Log-Normal Synaptic Weight Distribution2018

    • 著者名/発表者名
      Sou Nobukawa, Haruhiko Nishimura, Teruya Yamanishi
    • 雑誌名

      Proceedings of International Conference on Neural Information Processing

      巻: NA ページ: 535-544

    • DOI

      10.1007/978-3-030-04167-0_48

    • ISBN
      9783030041663, 9783030041670
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temporal Fluctuation in Spontaneous Activity of a Spiking Neural Network with Long-Tailed Synaptic Weights2018

    • 著者名/発表者名
      Sou Nobukawa, Hiroshi Aiura, Hiroki Yoshida, Haruhiko Nishimura, Teruya Yamanishi
    • 雑誌名

      Proceedings of 2018 International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA2018)

      巻: NA ページ: 375-378

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 複数の複雑性指標を用いたアルツハイマー病における脳波の判別2021

    • 著者名/発表者名
      安藤桃, 信川創, 菊知充, 髙橋哲也
    • 学会等名
      第17回コンピューテーショナル・インテリジェンス研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] カオス系における位相同期と移動情報量により評価された機能的結合2021

    • 著者名/発表者名
      戸部真弓菜, 信川創
    • 学会等名
      第17回コンピューテーショナル・インテリジェンス研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 位相同期と移動エントロピーにより推定されたカオス結合系における機能的結合の分析2021

    • 著者名/発表者名
      戸部真弓菜, 信川創
    • 学会等名
      2021年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 軌道領域減少信号と確率的ノイズの印加によるカオス-カオス間欠性同期の制御2020

    • 著者名/発表者名
      信川創, 我妻伸彦, 西村治彦
    • 学会等名
      電子情報通信学会 ニューロコンピューティング研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 外部フィードバック信号による興奮性-抑制性結合ニューロンモデルのアトラクター併合制御の検討2019

    • 著者名/発表者名
      柴田夏作, 信川創, 西村治彦, 山西輝也, 道法浩孝
    • 学会等名
      2019年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ニューラルシステムにおける軌道領域減少法によるカオス-カオス間欠性の同期誘導の検討2019

    • 著者名/発表者名
      柴田 夏作, 信川 創
    • 学会等名
      第63回システム制御情報学会研究発表講演会 (SCI’19)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Synchronization of Chaos-Chaos Intermittency Controlled by External Feedback and Stochastic Noise2019

    • 著者名/発表者名
      Natsusaku Shibata, Sou Nobukawa
    • 学会等名
      The 51st ISCIE International Symposium on Stochastic Systems Theory and Its Applications (SSS '19)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 加齢における脳波の複雑性変質の解析2018

    • 著者名/発表者名
      高橋誠哉, 信川創, 菊知充, 和田有司, 高橋哲也
    • 学会等名
      第24回センシングフォーラム 計測部門大会 計測自動制御学会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 興奮性-抑制性モジュールにより構成されたスパイキングニューラルネットワークによる想起パターンの動的遷移特性2018

    • 著者名/発表者名
      信川創, 西村治彦, 山西輝也
    • 学会等名
      第13回コンピューテーショナル・インテリジェンス研究会 計測自動制御学会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] スパイキングニューラルネットワークにおけるノイズ誘起性の記銘パターン遷移の検討2018

    • 著者名/発表者名
      信川創, 西村治彦, 山西輝也
    • 学会等名
      2018年 電子情報通信学会 NOLTAソサイエティ大会 電子情報通信学会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 加齢・アルツハイマー病における脳波のマルチフラクタル解析2018

    • 著者名/発表者名
      高橋誠哉,信川創,菊知充,和田有司,高橋哲也
    • 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 2018 計測自動制御学会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [備考] 脳波の位相同期解析を用いて高齢者における創造性と関連する機能的神経ネットワークの検出に成功

    • URL

      https://www.it-chiba.ac.jp/topics/pr20201022/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 本学、大脳皮質の皮質間構造を模したスパイキングニューラルネットワークを開発

    • URL

      https://www.it-chiba.ac.jp/topics/pr20200824/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 教員情報- 信川創| 千葉工業大学

    • URL

      https://www.lib.it-chiba.ac.jp/cithp/KgApp?resId=S000433

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] 研究者情報 信川創

    • URL

      https://www.lib.it-chiba.ac.jp/cithp/KgApp?kyoinId=ymbegyydggy

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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