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複数モダリティ脳イメージングに基づく集中時脳状態の解読技術とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 18KK0284
研究種目

国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

配分区分基金
審査区分 中区分61:人間情報学およびその関連分野
研究機関株式会社国際電気通信基礎技術研究所

研究代表者

川鍋 一晃  株式会社国際電気通信基礎技術研究所, 脳情報通信総合研究所, 研究室長 (30272389)

研究分担者 小川 剛史  株式会社国際電気通信基礎技術研究所, 脳情報通信総合研究所, 主任研究員 (10614323)
森岡 博史  株式会社国際電気通信基礎技術研究所, 脳情報通信総合研究所, 連携研究員 (20739552)
平山 淳一郎  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 主任研究員 (80512269)
研究期間 (年度) 2018-10-09 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2020年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2019年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2018年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
キーワード人間情報学 / 脳イメージング / 集中時脳状態 / 脳波情報解析法 / 転移学習
研究成果の概要

運動イメージトレーニングなど集中が必要な課題時、および安静時の脳波およびfMRIデータを収集した。これを活用することで、2つの国際共同研究を進め、さまざまな脳情報解読法を開発した。まず、共同研究者のHyvarinen教授(ヘルシンキ大)らと、local space-contrastive learning (LSCL)などの非線形独立成分分析法を開発した。また、Hunt教授(オックスフォード大)らと、demixed shared component analysis (dSCA)などの複数脳領域活動の因果関係抽出法を開発した。これらの成果に基づいて、集中時脳状態の可視化システムを実装した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発されたLSCLやIIAなどの非線形独立成分分析法は、データを生成している真の統計モデルの識別可能性が数学的に証明されており、このような保証を持たない深層ニューラルネットワークが主流の機械学習コミュニティでも注目されている。この成果やdSCAなどの手法を様々な脳イメージングデータに適用することで、脳活動の時間ダイナミクス構造や複数領野間の情報の流れを解明することができれば、ヒト神経科学の進展に大きく寄与する。これらの脳情報解析法は、ATRが実施中のプロジェクトで今後も活用され、メンタルヘルスの維持に資するブレイン・マシン・インタフェースの研究を通じて社会への貢献が期待される。

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (35件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (10件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 6件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] University of Helsinki(フィンランド)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Universite Paris-Saclay/Inria(フランス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Oxford(英国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ヘルシンキ大学(フィンランド)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ジョージア州立大学/ジョージア工科大学/エモリー大学(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] オックスフォード大学/ロンドン大学/ケンブリッジ大学(英国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] パリ・サクレー大学/INRIA(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University College London(英国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] INRIA-Sacley(フランス)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University College London(英国)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Asymmetric directed functional connectivity within the frontoparietal motor network during motor imagery and execution2022

    • 著者名/発表者名
      Ogawa Takeshi、Shimobayashi Hideki、Hirayama Jun-Ichiro、Kawanabe Motoaki
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 247 ページ: 118794-118794

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2021.118794

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Independent innovation analysis for nonlinear vector autoregressive process2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Morioka, Hermanni Halva, Aapo Hyvarinen
    • 雑誌名

      Proceedings of The 24th International Conference on Artificial Intelligence and Statistics (Proceedings of Machine Learning Research Series)

      巻: 130 ページ: 1549-1557

    • 関連する報告書
      2021 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] Neural dSCA: demixing multimodal interaction among brain areas during naturalistic experiments2021

    • 著者名/発表者名
      Yu Takagi, Laurence T. Hunt,Ryu Ohta, Hiroshi Imamizu, Jun-ichiro Hirayama
    • 雑誌名

      arXiv

      巻: 2106 ページ: 02948-02948

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Demixed shared component analysis of neural population data from multiple brain areas2020

    • 著者名/発表者名
      Yu Takagi, Steven W. Kennerley, Jun-ichiro Hirayama and Laurence T. Hunt
    • 雑誌名

      Advances in Neural Information Processing Systems (NeurIPS2020)

      巻: 33 ページ: 6235-6244

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonlinear ICA of fMRI reveals primitive temporal structures linked to rest, task, and behavioral traits2020

    • 著者名/発表者名
      Morioka Hiroshi、Calhoun Vince、Hyvarinen Aapo
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 218 ページ: 116989-116989

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2020.116989

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Interpretable brain age prediction using linear latent variable models of functional connectivity2020

    • 著者名/発表者名
      Monti Ricardo Pio、Gibberd Alex、Roy Sandipan、Nunes Matthew、Lorenz Romy、Leech Robert、Ogawa Takeshi、Kawanabe Motoaki、Hyv?rinen Aapo
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 15 号: 6 ページ: e0232296-e0232296

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0232296

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Asymmetric effective connectivity within frontoparietal motor network underlying motor imagery and motor execution2020

    • 著者名/発表者名
      Ogawa Takeshi、Shimobayashi Hideki、Hirayama Jun-ichiro、Kawanabe Motoaki
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: - ページ: 1-40

    • DOI

      10.1101/2020.10.22.351106

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] State-unspecific patterns of whole-brain functional connectivity from restingand multiple task states predict stable individual traits2019

    • 著者名/発表者名
      Yu Takagi, Jun-ichiro Hirayama, Saori C. Tanaka
    • 雑誌名

      NeuroImage

      巻: 201 ページ: 116036-116036

    • DOI

      10.1016/j.neuroimage.2019.116036

    • 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] An $\ell_{1/2}$ -Norm Regularizer-Based Sparse Coding Framework for Gaze Prediction in First-Person Videos2019

    • 著者名/発表者名
      Li Yujie、Li Zhenni、Kanemura Atsunori
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 7 ページ: 42472-42481

    • DOI

      10.1109/access.2019.2908010

    • 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 / 国際共著
  • [学会発表] Demixed shared component analysis of neural population data from multiple brain areas2021

    • 著者名/発表者名
      Yu Takagi, Steven W. Kennerley, Jun-ichiro Hirayama and Laurence T. Hunt
    • 学会等名
      Computational and Systems Neuroscience (Cosyne2021)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Independent Innovation Analysis for Nonlinear Vector Autoregressive Process2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Morioka, Hermanni Halva;, and Aapo Hyvarinen
    • 学会等名
      Artificial Intelligence and Statistics (AISTATS2021)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Identification of brain regions underliying spatioal insight problem solving2020

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Ogawa, Takatsugu Aihara, and Okito Yamashita
    • 学会等名
      The Society for the Neuroscience of Creativity (SfNC2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Individual trait and brain dynamics associated with creative insight2020

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Ogawa
    • 学会等名
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] EEG-fMRI同時計測データを用いた脳状態推定とEEGニューロフィード バック2020

    • 著者名/発表者名
      小川剛史、玉野竜太、蔡暢、片桐愛里沙、川鍋一晃
    • 学会等名
      第7回日本BMI研究会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] ブレイン・テクノロジー2020

    • 著者名/発表者名
      小川剛史
    • 学会等名
      NTT docomo 5G evolution & 6G Summit
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 非侵襲的脳機能イメージングによる脳活動計測と応用2020

    • 著者名/発表者名
      小川 剛史
    • 学会等名
      電子情報通信学会コミュニケーションクオリティ研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Network extraction method using hierarchical ICA-based approach: a simultaneous EEG-fMRI study2019

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Ogawa, Hiroki Moriya, Nobuo Hiroe, Takashi Yamada, Motoaki Kawanabe, Jun-ichiro Hirayama
    • 学会等名
      25th Annual Meeting of Organization of Human Brain Mapping (OHBM2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Large-scale network estimation using SPLICE filter: an EEG-fMRI study2019

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Ogawa, Hiroki Moriya, Nobuo Hiroe, Takashi Yamada, Motoaki Kawanabe, Jun-ichiro Hirayama
    • 学会等名
      第42回日本神経科学会 (Neuro2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Characterizing variability of brain connectivity with constrained principal component analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Jun-ichiro Hirayama, Aapo Hyvarinen, Vesa Kiviniemi, Motoaki Kawanabe, Okito Yamashita
    • 学会等名
      Data Science, Statistics & Visualization (DVSS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] EEG-fMRI脳活動計測に基づくダイナミック機能結合の抽出と予測2019

    • 著者名/発表者名
      小川 剛史
    • 学会等名
      第6回脳神経外科BMI研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ひらめくに関わる脳内ネットワークのダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      小川 剛史
    • 学会等名
      第16回通信行動工学研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ひらめくときには脳で何が起こっているのか?2019

    • 著者名/発表者名
      小川 剛史
    • 学会等名
      JOEM Workshop 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Nonlinear spatial ICA of resting-state fMRI via space-contrastive learning2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Morioka
    • 学会等名
      3rd Japanese Meeting for Human Brain Imaging
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Interpretable multivariate analysis of individual variability in whole-brain functional connectivity2019

    • 著者名/発表者名
      Jun-ichiro Hirayama
    • 学会等名
      International Workshop on Neurotechnology & AI
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Symposium on "Neuroscience of Creativity: individual difference and brain dynamics", at The 43rd Annual Meeting of Japanese Neuroscience Society2020

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2018-10-12   更新日: 2023-01-30  

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