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文理解の脳fMRI反応を予測する統合神経意味計算モデルの構築

研究課題

研究課題/領域番号 19K12727
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分90030:認知科学関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

赤間 啓之  東京工業大学, リベラルアーツ研究教育院, 准教授 (60242301)

研究分担者 粟津 俊二  実践女子大学, 人間社会学部, 教授 (00342684)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードfMRI / 深層学習 / 機械学習 / 自然言語モデル / 脳機能的連結性 / 文理解 / 脳科学 / 計算神経言語学 / 機能的連結性
研究開始時の研究の概要

脳のfMRI賦活情報から言語思考を予測する機械学習は、単語や単純な文に関しては可能であり、個人内では高度に有意な精度が得られている。しかし、1)個人差の克服と個人間モデリング、2)より複雑な文・文章への適用という面では課題が多い。本研究では個人プロファイルやメタ分析からの情報も入れて、特定の個人の脳内における意味理解の機微を計算可能なものとする。これは意味障害など言語疾患の症例理解にも重要な知見を与えるかもしれず、脳認知科学に新たな貢献をもたらしうる。将来的には、脳外科手術において影響を受ける言語機能も語用レベルで細かく推定できるようになる可能性を秘めている。

研究成果の概要

脳のfMRI賦活情報から言語思考を予測する機械学習において、1)個人差の克服と個人間モデリング、2)より複雑な文・文章への適用という面で我々は挑戦的研究を続けて行ってきた。2)での課題は、モデリングを成功させる素性をどのように模索するかということであり、深層学習の利点を生かすことが求められていた。本研究では、脳の神経表現のみから直接刺激文を再構築する手法を構築することができた。また1)では特定の個人の脳内における認知反応の機微を計算可能なものにするため、脳疾患の症例理解にもいくつかの深層学習アルゴリズムを提案し、脳認知科学に新たな貢献をもたらすことができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究が提案する計算神経言語学は、文レベルでの脳内意味処理モデルを構築し、意味の神経表象を生成することで、意味障害に苦しむ患者の言語世界を明らかにしたり、脳外科手術において影響を受ける言語機能も細かく推定できたりするなど、医療など多方面に応用可能である。さらに個人差の克服という視点で開発した深層学習アルゴリズムは、脳のfMRIデータを用い、個別の患者に合った治療法の確立を可能にする。

報告書

(6件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] 文章生成深層モデルによる刺激文の再構成2023

    • 著者名/発表者名
      四辻 嵩直、赤間 啓之
    • 雑誌名

      認知科学

      巻: 30 号: 4 ページ: 465-478

    • DOI

      10.11225/cs.2023.041

    • ISSN
      1341-7924, 1881-5995
    • 年月日
      2023-12-01
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Deep Learning Modeling for Prediction of Cognitive Task Related Features from Resting-state fMRI Data2023

    • 著者名/発表者名
      Tokuhiro Takaki、Onoda Keiichi、Takamura Masahiro、Yamaguchi Shuhei、Akama Hiroyuki
    • 雑誌名

      Qeios

      巻: なし

    • DOI

      10.32388/gdwcbk

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Prediction and Analysis of Structural Brain Health Indicators Using Deep Learning Models with Functional Brain Images as Input2023

    • 著者名/発表者名
      Shimojo Sakaki、Akama Hiroyuki
    • 雑誌名

      Qeios

      巻: なし

    • DOI

      10.32388/rwzh4y

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Complex of global functional network as the core of consciousness2023

    • 著者名/発表者名
      Onoda Keiichi、Akama Hiroyuki
    • 雑誌名

      Neuroscience Research

      巻: 190 ページ: 67-77

    • DOI

      10.1016/j.neures.2022.12.007

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparing Deep Learning Models for Age Prediction Based on the Resting State fMRI Dataset from the “Brain Dock” Service in Japan2022

    • 著者名/発表者名
      Minowa Yutaka、Onoda Keiichi、Takamura Masahiro、Yamaguchi Shuhei、Okamoto Naoki、Akama Hiroyuki
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2022.08.14.503923

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Neural substrates of brand equity: applying a quantitative meta-analytical method for neuroimage studies2022

    • 著者名/発表者名
      Watanuki Shinya、Akama Hiroyuki
    • 雑誌名

      Heliyon

      巻: 8 号: 6 ページ: e09702-e09702

    • DOI

      10.1016/j.heliyon.2022.e09702

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Extended Invariant Information Clustering is Effective for Leave-One-Site-Out Cross-Validation in Resting State Functional Connectivity Modelling2021

    • 著者名/発表者名
      Naoki Okamoto, Hiroyuki Akama
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroinformatics

      巻: -

    • DOI

      10.3389/fninf.2021.709179

    • NAID

      120007175098

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Task‐induced brain functional connectivity as a representation of schema for mediating unsupervised and supervised learning dynamics in language acquisition2021

    • 著者名/発表者名
      Akama Hiroyuki、Yuan Yixin、Awazu Shunji
    • 雑誌名

      Brain and Behavior

      巻: 11 号: 6

    • DOI

      10.1002/brb3.2157

    • NAID

      120007039216

    • 関連する報告書
      2021 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] Evaluation of Task fMRI Decoding with Deep Learning on a Small Sample Dataset2021

    • 著者名/発表者名
      Sunao Yotsutsuji, Miaomei Lei, Hiroyuki Akama
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroinformatics

      巻: -

    • DOI

      10.3389/fninf.2021.577451

    • NAID

      120007124435

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Area-specific Biased Global Efficiency in Functional Connectivity Provides Features Negatively Correlated with Age2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Akama and Airi Ota
    • 雑誌名

      BioExiv Neuroscience

      巻: なし

    • DOI

      10.1101/2020.04.22.054627

    • NAID

      120006936922

    • 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] Neural Substrates of Brand Love: An Activation Likelihood Estimation Meta-Analysis of Functional Neuroimaging Studies2020

    • 著者名/発表者名
      Shiny Watanuki and Hiroyuki Akama
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: なし ページ: 534671-534671

    • DOI

      10.3389/fnins.2020.534671

    • NAID

      120007124438

    • 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
  • [学会発表] 機能的連結性から探る物語聴取者の脳機能の特徴について2023

    • 著者名/発表者名
      菅原壱成、四辻嵩直、赤間啓之
    • 学会等名
      第40回日本認知科学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] アルツハイマー病の進行による安静時機能的連結性の個人的特徴の変化について2023

    • 著者名/発表者名
      中谷太河、赤間啓之
    • 学会等名
      第40回日本認知科学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] fMRIメタ分析データを予測する機械学習モデル及びその出力理解に資するインタラクション可能な脳3Dビューワーの開発2023

    • 著者名/発表者名
      赤間啓之、永嶋大稔、大門優介、菅原壱成、中谷大河、四辻嵩直
    • 学会等名
      第40回日本認知科学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 認知症予防のための脳ドック--ブレインヘルスケアから見たバイリンガル脳の認知予備力について2020

    • 著者名/発表者名
      赤間啓之
    • 学会等名
      日本脳ドック学会・キャノンスポンサードシンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 国産3T-MRIにおける安静時脳機能画像(rs-fMRI)によるデフォルト・モード・ネットワーク(DMN)描出の検討2019

    • 著者名/発表者名
      谷脇 孝博, 市川 元, 安藤 孝昌, 氏家 弘, 松井 孝嘉, 太田 藍李, 赤間啓之
    • 学会等名
      第22回日本臨床脳神経外科学会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 概念理解に関する脳fMRIデータおよび言語コーパスによる機械学習モデルと正準相関分析2019

    • 著者名/発表者名
      赤間啓之, 岡本直己, 四辻嵩直, 松本将和
    • 学会等名
      第47回日本行動計量学会大会抄録集.
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] バイリンガル話者の言語切替における脳の機能的連結性について2019

    • 著者名/発表者名
      赤間啓之, ペ セオフイ, ライビョウビ
    • 学会等名
      日本認知科学会第36回大会発表論文集.
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 脳内に張り巡らされるネットワークー機能的連結性から読み取れること2019

    • 著者名/発表者名
      小沢由衣, 赤間啓之
    • 学会等名
      第47回文理シナジー学会令和元年度秋の発表会要旨集.
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2025-01-30  

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