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手指動作における時空間ダイナミクスの特徴抽出と臨床応用

研究課題

研究課題/領域番号 20H04493
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90030:認知科学関連
研究機関帝京大学

研究代表者

小林 俊輔  帝京大学, 医学部, 教授 (30579272)

研究分担者 津田 一郎  中部大学, 創発学術院, 教授 (10207384)
藤井 正純  福島県立医科大学, 医学部, 教授 (10335036)
寺尾 安生  杏林大学, 医学部, 教授 (20343139)
行木 孝夫  北海道大学, 理学研究院, 教授 (40271712)
愼 重弼  会津大学, コンピュータ理工学部, 教授 (40315677)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2020年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
キーワードパーキンソン病 / 前頭葉 / 機械学習 / 複雑系 / 失調 / 多系統萎縮症 / 進行性核上性麻痺 / センサデータ / 機会学習 / 運動解析 / 脊髄小脳変性症 / 神経心理 / 書字障害 / 動作解析
研究開始時の研究の概要

神経疾患では病巣によって特徴的な運動パターンや固有の周期をもつ異常運動がみられ、医師はそれを経験と知識に基づき分類評価し診断している。つまりエキスパートブレインが動きのパターン認識と疾患分類を行っているわけである。その内在化されたプロセスをセンサデータや画像の数理解析により客観化・定量化することは情報工学的手法の開発の観点からも疾患理解や臨床応用のためにも重要であるが、そのような試みはほとんどされていない。
本研究ではパーキンソン病などの神経疾患で書字やジェスチャー動作をセンサデータとして記録し、その数学的な特徴を抽出し診断や治療の指標として数理的に表現することを目的とする。

研究実績の概要

神経疾患では病巣によって特徴的な運動パターンや固有の周期をもつ異常運動がみられ、医師はそれを経験と知識に基づき分類評価し診断を考える。その内在化されたプロセスをセンサデータや画像の数理解析により客観化・定量化することは情報工学的手法の開発の観点からも疾患理解や臨床応用のためにも重要であるが、そのような試みはほとんどされていない。
本研究では神経疾患の患者の書字やジェスチャー動作を高次元時系列センサデータとして記録し、運動障害の疾患特異性を時空間ダイナミクスとして抽出し、バイオマーカーとして数理的に表現することを目的としている。
これまでに国内5施設と連携して、パーキンソン病(PD)100例、多系統萎縮症(MSA)15例、進行性核上性麻痺(PSP)20例の患者のデータ収集を行った。
タブレットデバイスによる書字データをもとにパーキンソン病を診断するアルゴリズムを開発し日本パーキンソン病・運動障害疾患学会 2022で発表し、特許を取得した。また、同様にタブレットデバイスを用いたMSA患者の書字データの特徴について日本パーキンソン病・運動障害疾患学会 2023年に発表した。PC上のインターフェースで健常者がゲームを行ったときのERPについての研究はFront Neurosci誌に掲載された(Chang et al. 2021)。赤外光ジェスチャーカメラによるデータ解析の結果はIEEE Access誌に受理された(Shin et al. 2024)。脳梁離断患者の上肢運動の解析を行った症例報告はCogn Behav Neurol誌に掲載sれた (Kobayashi et al. 2021)。筋炎患者のgrip myotoniaに類似した手指の運動をジェスチャーカメラで解析した報告はIntern Med誌に掲載された(Kanbayashi et al. 2023)。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

3年間の計画の途中でcovid-19の影響などがありデータ収集が遅延したが、収集はほぼ終了し、論文は4本受諾され、2つの研究は学会発表まで終了した。現在、論文化に向けて最終的な解析を行っている。研究費は繰り越し申請をし、2024年中に3つの題材を論文化する予定である。

今後の研究の推進方策

学会発表をした2つの研究を論文にするほか、福島県立医大脳外科で現在進行中の脳卒中と脳腫瘍症例の研究について、論文にする予定である。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 6件、 招待講演 8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Classification of Hand-Movement Disabilities in Parkinson's Disease Using a Motion-Capture Device and Machine Learning2024

    • 著者名/発表者名
      Shin J, Matsumoto M, Maniruzzaman MD, Al Mehedi Hasan MD, Hirooka K, Hagihara Y, Kotsuki N, Inomata-Terada S, Terao Y, Kobayashi S
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 12 ページ: 52466

    • DOI

      10.1109/access.2024.3386367

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Idiopathic Inflammatory Myopathy with Delayed Finger Opening Resembling Grip Myotonia2023

    • 著者名/発表者名
      Kanbayashi Takamichi、Kobayashi Shunsuke、Hatanaka Yuki、Shimizu Jun、Sonoo Masahiro
    • 雑誌名

      Internal Medicine

      巻: 62 号: 22 ページ: 3397-3400

    • DOI

      10.2169/internalmedicine.1545-22

    • ISSN
      0918-2918, 1349-7235
    • 年月日
      2023-11-15
    • 関連する報告書
      2022 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] Event-Related Potentials During Decision-Making in a Mixed-Strategy Game2021

    • 著者名/発表者名
      Chang F, Wiratman W, Ugawa Y, Kobayashi S.
    • 雑誌名

      Frontiers in neuroscience

      巻: 15 ページ: 552750-552750

    • DOI

      10.3389/fnins.2021.552750

    • 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] Disconnected Motor Intention and Spatial Attention in a Case of Probable Marchiafava-Bignami Disease2021

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi S, Hirose M, Akutsu Y, Hirayama K, Ishida Y, Ugawa Y.
    • 雑誌名

      Cognitive and Behavioral Neurology

      巻: 34 号: 3 ページ: 226

    • DOI

      10.1097/wnn.0000000000000274

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Phenomenology of hyperkinetic movement disorders2023

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi S
    • 学会等名
      Jakarta Neurology Exhibition, Workshop and Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] How to examine cognitive symptoms in Parkinson's disease. Step-by-step approach2023

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi S
    • 学会等名
      Jakarta Neurology Exhibition, Workshop and Symposium
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] パーキンソン病の小字症と眼球運動についての検討2023

    • 著者名/発表者名
      上月直樹, 徳重真一, 寺尾安生, 内堀歩, 宮崎泰, 市川弥生子, 廣岡光輝, 松本正博, Md Al Mehedi Hasan, 愼重弼, 小林俊輔, 千葉厚郎
    • 学会等名
      第64回日本神経学会学術大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 多系統萎縮症における書字の評価2023

    • 著者名/発表者名
      萩原夕紀, 相原光葵, 愼 重弼, 小林 俊輔
    • 学会等名
      第17回日本パーキンソン病・運動障害疾患学会コングレス
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 混合戦略ゲーム遂行中の事象関連電位2022

    • 著者名/発表者名
      小林俊輔, Chang FY, Wiratman W, 宇川義一
    • 学会等名
      第45回日本神経科学会学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 光学的モーションキャプチャー装置によるパーキンソン病患者の手指運動の記録と機械学習による重症度分類2022

    • 著者名/発表者名
      Shin J, 春日勇太, 廣岡光輝, Md. Al Mehedi Hasan, 小林俊輔
    • 学会等名
      第16回日本パーキンソン病・運動障害疾患学会コングレス
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 術後に拮抗失行を呈した左頭頂葉神経膠腫の一例2021

    • 著者名/発表者名
      藤井 正純 、二村 美也子 、蛭田 亮 、菊田 春彦、小林俊輔、齋藤清
    • 学会等名
      東北神経心理懇話会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Combined phenomenology in movement disorders2021

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi S
    • 学会等名
      Jakarta Neurology Exhibition, Workshop and Symposium
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Hyperkinetic movement disorders2021

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi S
    • 学会等名
      Jakarta Neurology Exhibition, Workshop and Symposium
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高次脳機能検査のコンセプトと実践2021

    • 著者名/発表者名
      小林俊輔
    • 学会等名
      神経学会東北地方会教育講演
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Introduction to Basal Ganglia Physiology and Pathophysiology of Parkinson’s Disease2021

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi S
    • 学会等名
      Biennale Bogor Parkinson Meeting Movement Disorders
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Depression, apathy, and impulse control disorder in Parkinson's disease2020

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Kobayashi
    • 学会等名
      Jakarta Neurology, Exhibition, Workshop and Symposium (JakNEWS)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ドパミンと情動認知機能 基礎と臨床、モデルと現実2020

    • 著者名/発表者名
      小林俊輔
    • 学会等名
      東京 脳・神経セミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 帝京大学脳神経内科学講座業績

    • URL

      https://teikyo-neurol.com/achievement/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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