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深層学習法による高齢者術後うつの術前予測と発症機序・予防に関する基礎的研究

研究課題

研究課題/領域番号 23K21453
補助金の研究課題番号 21H03022 (2021-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2021-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分55050:麻酔科学関連
研究機関弘前大学

研究代表者

廣田 和美  弘前大学, 医学研究科, 客員研究員 (20238413)

研究分担者 工藤 隆司  弘前大学, 医学部附属病院, 講師 (40613352)
二階堂 義和  弘前大学, 医学研究科, 講師 (50613478)
佐々木 賀広  弘前大学, 医学研究科, 教授 (70178672)
櫛方 哲也  弘前大学, 医学研究科, 准教授 (80250603)
斎藤 淳一  弘前大学, 医学部附属病院, 講師 (90647413)
竹川 大貴  弘前大学, 医学部附属病院, 助教 (80834803)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2024年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2023年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2022年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワードうつ / 高齢者 / Deep learning / 術後せん妄
研究開始時の研究の概要

本研究の概要は、高齢者はうつを発症しやすく、うつは術後せん妄(POD)のリスク因子であるため早期に発見し、改善させることがPOD発症予防になるため潜在的うつ予測法を開発する。予測するために、岩木健康増進プロジェクトで得られるデータを用いて、Deeplearningの手法により、うつの早期診断モデルを作成する。それを用いて、術前に一般術前検査データから潜在的うつを予測し、実際に術後にうつになっているかを調べて、予測法の精度を検討する。また、マウスを用いた動物実験でうつの発症機序と治療法を探る。基礎と臨床両面から、術後うつやPOD予測、機序解明と治療法開発を行う研究である。

研究実績の概要

臨床研究: 岩木健診データ及びいきいき健診データ、各々から作成したAIモデルは、互いのデータに置き換えて予測させるとauROC=0.5となり、モデルとして成立しなかったため、術後せん妄AIモデル確立に研究を切り替えた。2015年から2020年当院ICU入室患者の日本集中治療医学会データベース(JIPAD)を用いてPytorch による多層パーセプトロンモデルを確立した。結果、モデルの精度auROCは0.70と、従来のせん妄予測モデルPre-deliric modelのauROC 0.62より高かった。
動物実験: 術後高齢C57BL6/Jマウスをイソフルラン麻酔下で内臓刺激を伴う開腹手術侵襲を加え、術前7日目、術後1~14日目に行動試験を行い、不安・うつ病様行動評価試験と物体・空間認知機能試験を行った。また、術前7日~術後14日目まで注意行動の維持が必要なFR1-m1課題を行い、正答率、注意維持が出来なかった指標として尚早反応率等を解析した。その結果、 術後1日目、2日目、7日目に術後群はコントロール群に比べて不安行動の増強、物体識別能の低下、空間識別能の低下を示した。FR1-m1課題ではコントロール群に比べて術後群の正答率は術後に有意な低下を示した。また、術後群は尚早反応率や不正答率の有意な低下に加え、試行回数も有意に低下したことで、報酬への意欲低下(うつ様行動)が示唆された。海馬のミクログリアマーカーであるIba-1の陽性細胞数を計測した結果、術後群の海馬歯状回でIba-1陽性細胞数の有意な増加を認めた。また、プロテオームpathway解析ではRhoAや14-3-3、ミトコンドリア機能に関わるpathwayの関与が示唆された。よって、術後高齢マウスの認知機能低下やうつ様行動、不安増強に、海馬のミクログリア活性化や細胞機能低下の関与が示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

過去の岩木健診データといきいき健診データを使ってのAIうつ予測モデル作成は困難と分かった。当医学研究科医療データ解析学講座の玉田教授からも鬱のAI予測モデル作成は難しいとの示唆も受けた。このため、同じ神経炎症に起因する術後せん妄のAIモデル確立を目指した。その後は順調に解析が進んでいる。

今後の研究の推進方策

臨床研究: 術後せん妄のAIモデル確立を目指す。現在auROCが0.7であり、JIPADのデータやそれ以外の周術期データも追加して0.8以上となるモデルの確立を目指す。
動物実験: 今後も例数の追加、再現性検証と並行して、試験後に採取した脳サンプル用いたプロテオーム解析ならびに免疫組織化学的解析を進め、術後の意欲低下と認知機能低下の発症機序解明を進める。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Association of cervical atherosclerosis on Doppler ultrasonography and postoperative delirium in patients undergoing spinal surgery: a single-center, retrospective, observational study2023

    • 著者名/発表者名
      Kumagai Gentaro、Wada Kanichiro、Asari Toru、Nitobe Yohshiro、Kinoshita Hirotaka、Kushikata Tetsuya、Hirota Kazuyoshi、Ishibashi Yasuyuki
    • 雑誌名

      European Spine Journal

      巻: 32 号: 10 ページ: 3352-3359

    • DOI

      10.1007/s00586-023-07823-0

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Perioperative Frontal Relative Ratio of the Alpha Power of Electroencephalography for Predicting Postoperative Delirium After Highly Invasive Surgery: A Prospective Observational Study.2023

    • 著者名/発表者名
      1.Kinoshita H, Saito J, Kushikata T, Oyama T, Takekawa D, Hashiba E, Sawa T, Hirota K.
    • 雑誌名

      Anesth Analg

      巻: - 号: 6 ページ: 12791-1288

    • DOI

      10.1213/ane.0000000000006424

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Association between preoperative neutrophil?lymphocyte ratio, uric acid, and postoperative delirium in elderly patients undergoing degenerative spine surgery2023

    • 著者名/発表者名
      Kato Kodai、Kinoshita Hirotaka、Kumagai Gentaro、Takekawa Daiki、Nitobe Yohshiro、Asari Toru、Wada Kanichiro、Kushikata Tetsuya、Ishibashi Yasuyuki、Hirota Kazuyoshi
    • 雑誌名

      Journal of Anesthesia

      巻: 38 号: 1 ページ: 35-43

    • DOI

      10.1007/s00540-023-03273-6

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Higher neutrophil-lymphocyte ratio is associated with depressive symptoms in Japanese general male population2022

    • 著者名/発表者名
      Kinoshita Hirotaka、Takekawa Daiki、Kudo Takashi、Sawada Kaori、Mikami Tatsuya、Hirota Kazuyoshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 9268-9268

    • DOI

      10.1038/s41598-022-13562-x

    • 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
  • [雑誌論文] Predict models for prolonged ICU stay using APACHE II, APACHE III and SAPS II scores: A Japanese multicenter retrospective cohort study2022

    • 著者名/発表者名
      Takekawa Daiki、Endo Hideki、Hashiba Eiji、Hirota Kazuyoshi
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 17 号: 6 ページ: e0269737-e0269737

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0269737

    • 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
  • [雑誌論文] Ketamine; history and role in anesthetic pharmacology2022

    • 著者名/発表者名
      Hirota Kazuyoshi、Lambert David G.
    • 雑誌名

      Neuropharmacology

      巻: 216 ページ: 109171-109171

    • DOI

      10.1016/j.neuropharm.2022.109171

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Availability of preoperative neutrophil-lymphocyte ratio to predict postoperative delirium after head and neck free-flap reconstruction: A retrospective study2021

    • 著者名/発表者名
      Kinoshita Hirotaka、Saito Junichi、Takekawa Daiki、Ohyama Tasuku、Kushikata Tetsuya、Hirota Kazuyoshi
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 16 号: 7 ページ: e0254654-e0254654

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0254654

    • 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] Higher neutrophil-to-lymphocyte ratio, mean platelet volume, and platelet distribution width are associated with postoperative delirium in patients undergoing esophagectomy: a retrospective observational study2021

    • 著者名/発表者名
      Oyama Tasuku、Kinoshita Hirotaka、Takekawa Daiki、Saito Junichi、Kushikata Tetsuya、Hirota Kazuyoshi
    • 雑誌名

      Journal of Anesthesia

      巻: 36 号: 1 ページ: 58-67

    • DOI

      10.1007/s00540-021-03007-6

    • NAID

      40022822406

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Japanese Intensive Care Patient Databaseを用いた同一入院ICU再入室患者の検討..2023

    • 著者名/発表者名
      橋場英二、遠藤英樹、竹川大貴、廣田和美.
    • 学会等名
      日本麻酔科学会第70回学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ICU入室後24時間データを用いた術後せん妄予測のための推論モデルの確立.2023

    • 著者名/発表者名
      木下裕貴、佐々木賀広、齋藤くるみ、内田達士、平井直樹、堀実怜、竹川大貴、橋場英二、櫛方哲也、廣田和美
    • 学会等名
      日本集中治療医学会第7回東北支部学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 後高齢マウスにおける認知機能障害の発症に神経変性疾患関連タンパク質が関与する.2023

    • 著者名/発表者名
      二階堂義和、多田羅洋太、櫛方哲也、廣田和美.
    • 学会等名
      第46回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 脊椎編成疾患患者における術前の好中球リンパ球比および尿酸と術後せん妄の関連.2023

    • 著者名/発表者名
      加藤広大、木下裕貴、竹川大貴、櫛方哲也、廣田和美.
    • 学会等名
      日本麻酔科学会北海道・東北支部第13回学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Upcoming super-aging society and postoperative delirium.2022

    • 著者名/発表者名
      Hirota K
    • 学会等名
      HBMRI Symposium (Busan, Korea)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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