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グラフ理論と自然言語処理技術を用いた統合失調症の脳内単語ネットワーク解析

研究課題

研究課題/領域番号 20K21567
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分52:内科学一般およびその関連分野
研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

高橋 英彦  東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (60415429)

研究期間 (年度) 2020-07-30 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード統合失調症 / 自然言語処理技術 / グラフ理論 / 脳画像 / 自然言語処理
研究開始時の研究の概要

統合失調症患者の脳内における単語の表象ネットワークの乱れを脳内における単語の表象ネットワークにグラフ理論による解析を適応し、定量的に解析することを目的とする。対象は統合失調症患者で、臨床・心理データに加え、脳MRIを取得する。被験者に自然動画刺激を提示し、全脳活動をfMRIによって記録する。動画に含まる単語のラベル時系列と脳活動から、重み係数を求める。この過程で、単語をベクトルに変換する自然言語処理技術Word2Vecを用いる。脳内単語ベクトルの任意の2語の組み合わせの類似度を表した行列を得るこの行列から、隣接行列を作成し、グラフ理論による脳内の単語表象のネットワーク解析を行う。

研究成果の概要

統合失調症患者と健常者を対象として、自然動画提示下fMRIを撮像した。動画情報と脳活動データに自然言語処理アルゴリズムWord2vecとエンコーディング・モデリングを適用し、脳におけるさまざまな意味表象を脳活動パターンとして定量化した。続いて、意味表象間の類似度に基づき構築した脳内意味ネットワークの構造特性を評価した。健常者の脳内意味ネットワークは自然言語と同様に高いスモールワールドネスを示したことから、スモールワールドは意味知識に関するネットワークの普遍的性質であることが示唆された。一方、統合失調症の脳内意味ネットワークではスモールワールドネスは減少し、妄想の重症度と負相関していた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

研究により統合失調症の連合弛緩は、脳内において意味ネットワークのランダム化として表れていることが明らかになった。また、本研究の手法は精神疾患患者の主観的体験を患者の発話に依ることなく脳活動から直接評価できる点で、診断、治療の新たな可能性をひらくものと期待される。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 5件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] University College London(英国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Oxford大学(英国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Johns Hopkins University/UCLA(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University Medical Center Utrecht(オランダ)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of Hong Kong(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Disorganization of semantic brain networks in schizophrenia revealed by fMRI.2023

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto Y, Nishida S, Hayashi R, Son S, Murakami A, Yoshikawa N, Ito H, Oishi N, Masuda N, Murai T, Friston K, Nishimoto S, *Takahashi H.
    • 雑誌名

      Schizophrenia Bulletin.

      巻: 49 号: 2 ページ: 498-506

    • DOI

      10.1093/schbul/sbac157

    • 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] A multi-site, multi-disorder resting-state magnetic resonance image database.2021

    • 著者名/発表者名
      Tanaka SC, Yamashita A, Yahata N, Itahashi T
    • 雑誌名

      Sci Data

      巻: 8 号: 1 ページ: 227-227

    • DOI

      10.1038/s41597-021-01004-8

    • 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] Natural and Artificial Intelligence: A brief introduction to the interplay between AI and neuroscience research2021

    • 著者名/発表者名
      Macpherson Tom、Churchland Anne、Sejnowski Terry、DiCarlo James、Kamitani Yukiyasu、Takahashi Hidehiko、Hikida Takatoshi
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 144 ページ: 603-613

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2021.09.018

    • 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] Three-Dimensional Convolutional Autoencoder Extracts Features of Structural Brain Images With a “Diagnostic Label-Free” Approach: Application to Schizophrenia Datasets2021

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Hiroyuki、Hashimoto Yuki、Sugihara Genichi、Miyata Jun、Murai Toshiya、Takahashi Hidehiko、Honda Manabu、Hishimoto Akitoyo、Yamashita Yuichi
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: 15 ページ: 652987-652987

    • DOI

      10.3389/fnins.2021.652987

    • 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] Common Brain Networks Between Major Depressive-Disorder Diagnosis and Symptoms of Depression That Are Validated for Independent Cohorts2021

    • 著者名/発表者名
      Yamashita Ayumu、et al、Harada Kenichiro、Matsuo Koji、Tanaka Saori C.、Kawato Mitsuo、Kasai Kiyoto、Kato Nobumasa、Takahashi Hidehiko、Okamoto Yasumasa、Yamashita Okito、Imamizu Hiroshi
    • 雑誌名

      Frontiers in Psychiatry

      巻: 12

    • DOI

      10.3389/fpsyt.2021.667881

    • 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] Cognition and interpersonal coordination of patients with schizophrenia who have sports habits2020

    • 著者名/発表者名
      Fujii Keisuke、Yoshihara Yujiro、Matsumoto Yukiko、Tose Keima、Takeuchi Hideaki、Isobe Masanori、Mizuta Hiroto、Maniwa Daisuke、Okamura Takehiko、Murai Toshiya、Kawahara Yoshinobu、Takahashi Hidehiko
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 15 号: 11 ページ: e0241863-e0241863

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0241863

    • 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
  • [雑誌論文] Atypical spatial frequency dependence of visual metacognition among schizophrenia patients2020

    • 著者名/発表者名
      Koizumi Ai、Hori Tomoki、Maniscalco Brian、Hayase Makoto、Mishima Ryou、Kawashima Takahiko、Miyata Jun、Aso Toshihiko、Lau Hakwan、Takahashi Hidehiko、Amano Kaoru
    • 雑誌名

      NeuroImage: Clinical

      巻: 27 ページ: 102296-102296

    • DOI

      10.1016/j.nicl.2020.102296

    • NAID

      120006949375

    • 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] Overlapping but Asymmetrical Relationships Between Schizophrenia and Autism Revealed by Brain Connectivity.2020

    • 著者名/発表者名
      Yujiro Yoshihara, Giuseppe Lisi, Noriaki Yahata, Junya Fujino, Yukiko Matsumoto, Jun Miyata, Gen-Ichi Sugihara, Shin-Ichi Urayama, Manabu Kubota et al.
    • 雑誌名

      Schizophrenia Bulletin

      巻: 4 号: 5 ページ: 1210-1218

    • DOI

      10.1093/schbul/sbaa021

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 脳画像と人工知能技術を統合失調症研究に活かす2022

    • 著者名/発表者名
      高橋英彦
    • 学会等名
      第48回神経内分泌学会学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 統合失調症の中核症状を可視化する2022

    • 著者名/発表者名
      高橋英彦
    • 学会等名
      第12回社会神経科学研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 脳画像から統合失調症の早期死亡を考える2021

    • 著者名/発表者名
      髙橋 英彦
    • 学会等名
      第43回 日本生物学的精神医学会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] AI技術を用いたニューロフィードバックの精神疾患への応用2021

    • 著者名/発表者名
      髙橋 英彦
    • 学会等名
      第6回 CEPD研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Interface between AI and schizophrenia research2020

    • 著者名/発表者名
      Hidehiko Takahashi
    • 学会等名
      日本神経科学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Interface between AI and schizophrenia research2020

    • 著者名/発表者名
      Hidehiko Takahashi
    • 学会等名
      International Symposium on Artificial Intelligence and Brain Science
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2020-08-03   更新日: 2024-01-30  

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