個別化医療のための人工知能・深層学習に対する統計学的評価法の開発

• 研究課題/領域番号: 19H01806
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分12040:応用数学および統計数学関連
• 研究機関: 帝京大学
• 研究代表者: 松浦 正明 帝京大学, 公私立大学の部局等, 教授 (40173794)
• 研究分担者: 生亀 清貴 日本大学, 経済学部, 准教授 (30711593) ; 安藤 宗司 東京理科大学, 工学部情報工学科, 助教 (40803226) ; 牛嶋 大 公益財団法人がん研究会, 有明病院 臨床研究・開発センター, 研究員 (60328565) ; 小森 理 成蹊大学, 理工学部, 准教授 (60586379) ; 松井 茂之 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (80305854) ; 顧 艶紅 大阪医科薬科大学, 医学部, 講師 (30470595) ; 江口 真透 統計数理研究所, 数理・推論研究系, 教授 (10168776)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2020年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2019年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 統計 / 個別化医療 / 人口知能 / 深層学習 / データ解析 / データサイエンス / 疫学 / 統計学 / 人工知能

研究開始時の研究の概要

最近、特許出願した不均一性抽出アルゴリズムの高精度化と再評価を行なう。また、深層学習の各層特徴抽出結果に対する各変数による統計学的性能評価法の検討を行い、さらに教師ありデータに対する計算機集約的統計手法を用いたデータ活用法の開発を試みる。これら手法の応用として、乳がん患者公開データに対する集団の不均一性を考慮したバイオマーカー抽出を行う

研究成果の概要

本研究では、個別化医療の実現および加速化のために、医学において最近利用され始めているの人工知能・深層学習を用いたデータ解析が広まりつつある。しかし、どのように解析結果が導出されたか解析内容がブラックボックス的であるとの批判がある。そこで「深層学習の各特徴量の寄与度」に関して統計学的視点からの評価を加えるための研究を行い、特に各種の実データを用いた具体的問題に関して研究を行ない、これらの経験を基に簡便的な新規手法の提案を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまでの人工知能・深層学習を用いたデータ解析には、主に画像解析の画素をデータとして取り扱う分野の発展が著しいが、医学的臨床情報を用いる分野では各種臨床検査値やオミックスデータの情報を変数として取り扱う分野の発展が望まれてきた。しかし、後者の場合の解析結果は、最終結果のみが出力され、医学で重要な解析で使用した各種因子や説明変数の寄与度が明らかでない点が問題であった。本研究では、実データを用いて研究を推進した。

研究成果

• [雑誌論文] A prediction model for early systemic recurrence in breast cancer using a molecular diagnostic analysis of sentinel lymph nodes: A large-scale, multicenter cohort study. (2022)
  • 著者名/発表者名: Osako, T., Matsuura, M., Yotsumoto, D., Takayama, S., Kaneko, K., Takahashi, M., Shimazu, K., Yoshidome, K., Kuraoka, K., Itakura, M., Tani, M., Ishikawa, T., Ohi, Y., Kinoshita, T., Sato, N., Tsujimoto, M., Nakamura, S., Tsuda, H., Noguchi, S., Akiyama, F.
  • 雑誌名: Cancer 巻: 128(10): 号: 10 ページ: 1913-1920
  • DOI: 10.1002/cncr.34144
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reforms of regulatory pathways for approval of new antineoplastic drugs in Japan from 2004 to 2019 and accompanying changes in pivotal clinical trial designs (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirai T, Suzuki A, Yamori T, Matsuura M.
  • 雑誌名: Invest New Drugs 巻: 40 号: 1 ページ: 142
  • DOI: 10.1007/s10637-021-01165-8
  • URL: https://pure.teikyo.jp/en/publications/f506776e-411e-45bd-b059-20ca9bc6a1bf
  • 査読あり
• [雑誌論文] Higher serum homocysteine and lower thyroid hormone levels in pregnant women are associated with neural tube defects. (2021)
  • 著者名/発表者名: Gu YH, Zhang Q, Guo J, Wang F, Bao Y, Qiu Z, Zheng P, Ushijima M, Matsuura M, Xie X, Zhang T.
  • 雑誌名: J Trace Elem Med Biol. 巻: 68, 126814 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1016/j.jtemb.2021.126814
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Situation analyses of caregivers' knowledge on infant liquid formula in Japan: a cross-sectional questionnaire-based study. (2021)
  • 著者名/発表者名: Mizutani S, Takahashi K, Matsuura M.
  • 雑誌名: Pediatr Int. 巻: 64(1):e14868 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1111/ped.14868
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lamellarin 14, a derivative of marine alkaloids, inhibits the T790M/C797S mutant epidermal growth factor receptor (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishiya Naoyuki、Oku Yusuke、Ishikawa Chie、Fukuda Tsutomu、Dan Shingo、Mashima Tetsuo、Ushijima Masaru、Furukawa Yoko、Sasaki Yuka、Otsu Keishi、Sakyo Tomoko、Abe Masanori、Yonezawa Honami、Ishibashi Fumito、Matsuura Masaaki、Tomida Akihiro、Seimiya Hiroyuki、Yamori Takao、Iwao Masatomo、Uehara Yoshimasa
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: － 号: 5 ページ: 1963-1974
  • DOI: 10.1111/cas.14839
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pathogenicity assessment of variants for breast cancer susceptibility genes based on BRCAness of tumor sample (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshida R, Hagio T, Kaneyasu T, Gotoh O, Osako T, Tanaka N, Amino S, Yaguchi N, Nakashima E, Kitagawa D, Ueno T, Ohno S, Nakajima T, Nakamura S, Miki Y, Hirota T, Takahashi S, Matsuura M, Noda T, Mori S.
  • 雑誌名: Cancer Sci. 巻: 112(3) 号: 3 ページ: 1310-1319
  • DOI: 10.1111/cas.14803
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The preoperative risk factors of postoperative self-extubation in elderly patients (2019)
  • 著者名/発表者名: Konishi Y, Nakata Y, Nemoto A, Ushijima M, Matsuura M.
  • 雑誌名: Int J Risk Saf Med. 巻: 30 号: 1 ページ: 9
  • DOI: 10.3233/jrs-180011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Prostaglandin E-major urinary metabolite as a noninvasive surrogate marker for infantile necrotizing enterocolitis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Konishi KI, Yoshida M, Nakao A, Tsuchiya K, Tsurisawa C, Ichiki K, Takeda T, Hisaeda Y, Hirota A, Amagata S, Odashima T, Yokomori K, Ishida K, Matsuura M, Ito S, Fujiwara M, Nakahara S.
  • 雑誌名: J Pediatr Surg. 巻: 54 号: 8 ページ: 1584-1589
  • DOI: 10.1016/j.jpedsurg.2018.08.044
  • 査読あり
• [学会発表] 神経管閉鎖障害児の胎盤における甲状腺ホルモン脱ヨード酵素の一塩基多型に関する症例対照研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 顧 艶紅、松浦正明、鄭 萍、牛嶋 大、張 霆
  • 学会等名: 第32回日本疫学会学術総会、オンライン
• [学会発表] Evaluation of prediction performance for Cox proportional hazards model (2020)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Matsuura, Tasuku Yoshida and Shuji Ando
  • 学会等名: International Biometric Society 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of prediction performance for Cox proportional hazards model (2019)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Matsuura, Tasuku Yoshida and Shuji Ando
  • 学会等名: International Biometric Society 2020
  • 国際学会
• [図書] 「オミックス解析：表現型・薬物活性とリンクする分子経路の探索.」 マウス・ラット モデル作製・解析．プロフェッショナル 先端モデル動物支援プラットフォーム（AdAMS）／編 (2021)
  • 著者名/発表者名: 室井誠，馬島哲夫，牛嶋大，松浦正明
  • 総ページ数: 11
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758121125