新規ビッグデータ解析手法による精神神経系診断薬開発法の確立

• 研究課題/領域番号: 26330325
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生命・健康・医療情報学
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 石井 一夫 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 特任教授 (60449238)
• 連携研究者: 大森 哲郎 徳島大学, 大学院ヘルスバイオサイエンス研究部, 教授 (00221135)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 数理モデル化 / 変数選択 / モデル最適化 / 次世代シーケンサー / マイクロアレイ / 高次元データ / 精神神経系疾患 / 臨床診断薬 / 次元削減 / 判別分析 / 汎化 / うつ病 / 総合失調症 / 双極性障害 / 計算機統計学 / モンテカルロ法 / 並列分散処理 / 正則化 / 表現型予測 / クラウドコンピューティング / 精神神経系診断薬 / ビッグデータ / エピゲノミクス

研究成果の概要

次世代シーケンサーやマイクロアレイなど、多次元データを用いた大規模データ産生システムの医療への応用が進んでいる。これらの多次元データから数理モデルを作成し、臨床診断への応用が期待されている。本研究では、これらの多次元データから、複数のマーカーを選択し、これらを組み合わせた数理モデルを作成する方法を確立することを目的とした。本研究では、精神神経系疾患を対象とし、それらの患者からの血液検体からのDNA、RNA試料を用いて分析を行い、そのデータをもとに、変数選択、モデル作成および最適化などを行い、高精度な数理モデル作成法を確立した。

研究成果

• [雑誌論文] Gene expression-based biological test for major depressive disorder; an advanced study (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S, Numata S, Iga J, Kinoshita M, Umehara H, Ishii K, Ohmori T
  • 雑誌名: Neuropsychiatr Dis Treat. 巻: 13 ページ: 535-541
  • DOI: 10.2147/ndt.s120038
  • NAID: 120006999399
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ディープラーニングを学ぶための指針とリソース~人工知能の利活用を進めるために~ (2017)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫
  • 雑誌名: 研究開発リーダー 巻: 13 ページ: 37-40
• [雑誌論文] Biological tests for major depressive disorder that involve leukocyte gene expression assays. (2015)
  • 著者名/発表者名: Watanabe SY, Iga JI, Ishii K, Numata S, Shimodera S, Fujita H, Ohmori T.
  • 雑誌名: J Psychiatr Res 巻: 66 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1016/j.jpsychires.2015.03.004
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ビッグデータ処理に対応した“機械学習”の研究開発への活用と今後の展望 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫
  • 雑誌名: 研究開発リーダー 巻: 114 ページ: 45-48
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Blood Diagnostic Biomarkers for Major Depressive Disorder using Multiplex DNA Methylation Profiles: Discovery and Validation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shusuke Numata, Kazuo Ishii, Atsushi Tajima, Jun-Ichi Iga, Makoto Kinoshita, Shinya Watanabe, Hidehiro Umehara, Manabu Fuchikami, Satoshi Okada, Shuken Boku, Akitoyo Hishimoto, Shinji Shimodera, Issei Imoto, Shigeru Morinobu, Tetsuro Ohmori
  • 雑誌名: Epigenetics 巻: 10(2) 号: 2 ページ: 135-141
  • DOI: 10.1080/15592294.2014.1003743
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 機械学習及び人工知能による農作物の表現型予測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫
  • 学会等名: "未来へのバイオ技術" 勉強会「ICTと農業をつなぐ～AI（アグリインフォマティクス）の現状と展望」
  • 発表場所: (一財)バイオインダストリー協会（東京都中央区）
  • 招待講演
• [学会発表] Shell scripting-based mathematical modeling for transcriptome data with bootstrapping and parallel computing (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishii K, Nakamura K, Tounaka N
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory Meegtings & Courses Program, Biological Data Science 2016
  • 発表場所: Cold Spring Harbor Laboratory, NY, USA
  • 年月日: 2016-10-24
  • 国際学会
• [学会発表] シェルスクリプトを用いたパラレルモンテカルロ法の構築と生物工学への応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫、中村和敬、當仲寛哲
  • 学会等名: 第68回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 富山国際会議場、ANAクラウンプラザホテル富山（富山県富山市）
  • 年月日: 2016-09-28
• [学会発表] 網羅的遺伝子発現情報から重要遺伝子群を選択する方法の確立 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林拓嗣、古崎 利紀、石井一夫、有江力、山形洋平
  • 学会等名: 第68回日本生物工学会大会、シンポジウム「生命ビッグデータ の利活用による生物工学のイノベーション」
  • 発表場所: 富山国際会議場、ANAクラウンプラザホテル富山（富山県富山市）
  • 年月日: 2016-09-28
  • 招待講演
• [学会発表] 機械学習システムによる人工知能の生物工学への応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫、古崎利紀、中村 和敬、當仲 寛哲
  • 学会等名: 第68回日本生物工学会大会、シンポジウム「生命ビッグデータ の利活用による生物工学のイノベーション」
  • 発表場所: 富山国際会議場、ANAクラウンプラザホテル富山（富山県富山市）
  • 年月日: 2016-07-28
  • 招待講演
• [学会発表] スパコンを用いた数理モデリングと予測分析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫
  • 学会等名: ソフトウェアジャパン2016、情報処理学会ITフォーラム：ビッグデータ活用実務フォーラム：機械学習とデータマイニングの最前線～500+100人大集会
  • 発表場所: 一橋大学 一橋講堂会議室(東京都千代田区)
  • 年月日: 2016-02-04
• [学会発表] 次世代シークエンサーを用いたうつ病の末梢白血球のトランスクリプトーム解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 沼田周助、石井一夫、大森哲郎
  • 学会等名: 第49回 精神神経系薬物治療研究報告会
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター（大阪府豊中市）
• [学会発表] パラレルモンテカルロ法を用いた表現型予測分析のための数理モデル作成法の検討とその性能評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫、小林拓嗣、古崎利紀、山形洋平
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2016年会
  • 発表場所: 北里大学薬学部 白金キャンパス（東京都港区）
• [学会発表] 機械学習及び人工知能による農作物の表現型予測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫
  • 学会等名: 第2回アグリプラットフォームコンソーシアムミーティング
  • 発表場所: 農林水産省（東京都千代田区）
  • 招待講演
• [学会発表] 大規模数理モデリングによる菌根菌感染関連遺伝子の同定と感染予測法の確立 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫、古崎利紀、中川知巳
  • 学会等名: 第１５回糸状菌分子生物学コンファレンス
  • 発表場所: ルミエール府中(東京都府中市)
  • 年月日: 2015-11-19
• [学会発表] Optimization of a Mathematical Model for Explanation of Biological Functions Using Monte-Carlo Methods and Parallel Computing (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishii K, Kozaki T
  • 学会等名: 29th International Mammalian Genome Conference
  • 発表場所: 横浜市開港記念会館(横浜市)
  • 年月日: 2015-11-08
  • 国際学会
• [学会発表] Optimization of Mathematical Modeling for Clinical Diagnosis (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishii K, Kobayashi T, Toshinori K, Yamagata Y
  • 学会等名: スパコン「京」がひらく科学と社会 Supercomputational Life Science 2015 (SCLS2015) HPCI戦略プログラム 分野1「予測する生命科学・医療および創薬基盤」
  • 発表場所: 東京大学 武田ホール(東京都文京区)
  • 年月日: 2015-10-20
• [学会発表] 気分障害の診断バイオマーカーの探索 (2015)
  • 著者名/発表者名: 沼田周助、石井一夫、大森哲郎
  • 学会等名: 第111回日本精神神経学会学術総会
  • 発表場所: 大阪国際会議場・リーガロイヤルホテル大阪(大阪市)
  • 年月日: 2015-06-04
• [学会発表] Statistical computing and mathematical modelling for understanding of biological functions using big data (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Ishii
  • 学会等名: 5th World Congress on Cell Science & Stem Cell Research
  • 発表場所: Chicago, USA
  • 年月日: 2015-03-23 – 2015-03-25
  • 招待講演
• [学会発表] DNA メチル化修飾を利用した双極性障害のバイオマーカーの検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 沼田周助、井下真利、木下 誠、石井一夫、大森哲郎
  • 学会等名: 第47回 精神神経系薬物治療研究報告会
  • 発表場所: 大阪府豊中市
  • 年月日: 2014-12-05
• [学会発表] Blood diagnostic biomarkers for major depressive disorder using DNA methylation profiles. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shusuke Numata, Ishii Kazuo, Atsushi Tajima, Junichi Iga, Makoto Kinoshita, Shinya Watanabe, Hidehiro Umehara, Fuchikami Manabu, Okada Satoshi, Shimodera Shinji, Issei Imoto, Morinobu Shigeru and Tetsuro Ohmori
  • 学会等名: Neuroscience 2015
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] 生物科学ビッグデータへの展開を秘めたアナリティクス －数理モデリングを中心として― (2014)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫
  • 学会等名: 生命医薬情報学連合大会2014年大会
  • 発表場所: 仙台市
  • 年月日: 2014-10-02 – 2014-10-05
• [学会発表] 末梢白血球の遺伝子発現パターンを利用した大うつ病の診断バイオマーカーに関する検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 渡部真也、伊賀淳一、沼田周助、下寺信次、藤田博一、石井一夫
  • 学会等名: 第36回日本生物学的精神医学会 第57回日本神経化学会大会 合同年会
  • 発表場所: 奈良市
  • 年月日: 2014-09-29 – 2014-10-01
• [学会発表] Big Data Processing Environment and Mathematical Modeling for Psychiatric Diagnosis (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Ishii
  • 学会等名: Enabling Genomic Technologies and Screening Asia Conference
  • 発表場所: Biopolis, Singapore
  • 年月日: 2014-09-12
  • 招待講演
• [学会発表] Big Data Processing Environment and Mathematical Modeling for Psychiatric Diagnosis (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Ishii
  • 学会等名: 2nd International Conference on Genomics & Pharmacogenomics
  • 発表場所: Raleigh, USA
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] 大規模データ分析による精神神経系疾患診断系の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫、沼田周助、木下 誠、大森哲郎
  • 学会等名: FIT2014 第13回情報科学技術フォーラム
  • 発表場所: つくば市つくば大学つくばキャンパス
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-05
• [学会発表] 統合失調症の診断バイオマーカーの探索 (2014)
  • 著者名/発表者名: 沼田周助、木下誠、石井一夫、大森哲郎
  • 学会等名: 第110回日本精神神経学会学術総会
  • 発表場所: 神奈川県横浜市
  • 年月日: 2014-06-26 – 2014-06-28
• [学会発表] 次世代シーケンサーによる精神神経系疾患診断系の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫、沼田周助、木下 誠、大森哲郎
  • 学会等名: 2014年度日本計量生物学会年会
  • 発表場所: 統計数理研究所、東京都立川市
  • 年月日: 2014-05-23 – 2014-05-24
• [学会発表] Leukocyte gene expression-based diagnostic test for major depressive disorder: a pilot and replication study (2014)
  • 著者名/発表者名: Shin-ya Watanabe, Jun-ichi Iga, Shusuke Numata, Shinji Shimodera, Hirokazu Fujita, Kazuo Ishii, Tetsuro Ohmori
  • 学会等名: CINP(Collegium Internationale Neuro-Psychopharmacologicum) 2014
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 年月日: 2014-05-22 – 2014-05-26
• [学会発表] ビッグデータ処理による統計学的手法を用いた精神神経系疾患診断系の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫、沼田周介、木下誠、伊賀淳一、渡部真也、大森哲郎
  • 学会等名: 応用統計学会2014年度年会
  • 発表場所: 統計数理研究所、東京都立川市
  • 年月日: 2014-05-22
• [学会発表] ビッグデータ分析による精神神経系疾患診断系の検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫、沼田周助、木下 誠、大森哲郎
  • 学会等名: 日本計算機統計学会 第28回大会「ビッグデータ特別セッション」
  • 発表場所: 東京都文京区
  • 年月日: 2014-05-17 – 2014-05-18
• [図書] Rとグラフで理解する生命科学のための統計入門 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫
  • 総ページ数: 212
  • 出版者: 羊土社
• [図書] あたらしい人工知能の教科書 プロダクト／サービス開発に必要な基礎知識 (2016)
  • 著者名/発表者名: 多田智史、石井一夫
  • 総ページ数: 352
  • 出版者: 翔泳社
• [図書] 科学技術計算のためのPython－確率・統計・機械学習 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫、加藤公一、小川史恵
  • 総ページ数: 297
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] ゲノム情報解析 ～次世代シーケンサーの最新の方法と応用－～ (2016)
  • 著者名/発表者名: 石井一夫，富田因則，丹生谷博，大藤道衛
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] ビッグデータの収集、調査、分析と活用事例 (2015)
  • 著者名/発表者名: 村田正徳, 石垣司, 工藤卓哉, 石川智也, 清水誠, 中崎尚, 佐々木宏, 達野大輔, 森正弥, 河野洋一, 横山彰吾, 大木真吾, 内田圭亮, 広瀬穣治, 堀雅和, 秋山昌範, 後藤光治, 若杉徹, 横垣裕史, 石井一夫，他33名
  • 総ページ数: 345
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] ビッグデータの収集、調査、分析と活用事例 (2015)
  • 著者名/発表者名: 村田正徳、石垣司、工藤卓哉、石川智也、清水誠、中崎尚、佐々木宏、達野大輔、森正弥、河野洋一、横山彰吾、大木真吾、内田圭亮、広瀬穣治、堀雅和、秋山昌範、後藤光治、若杉徹、横垣裕史、和辻徹、金子聖史、川上浩司、小島薫、加藤有己、西村泰洋、桜井都衣、林隆史、藤渕航、安岡寛道、奥野恭史、林健人、石井一夫他、全５３名
  • 総ページ数: 345
  • 出版者: 技術情報協会
• [産業財産権] データ処理装置、データ処理方法、および、データ処理用プログラム (2016)
  • 発明者名: 石井一夫，古崎利紀，大森哲郎，沼田周助
  • 権利者名: 石井一夫，古崎利紀，大森哲郎，沼田周助
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-03-18
  • 外国
• [産業財産権] 気分障害マーカーおよびその用途、ならびに総合失調症マーカーおよびその用途 (2015)
  • 発明者名: 大森哲郎、沼田周助、石井一夫、井本逸勢、田島敦
  • 権利者名: 大森哲郎、沼田周助、石井一夫、井本逸勢、田島敦
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2015-08-07
  • 外国
• [産業財産権] 並列処理装置、並列処理方法、および、並列化処理用プログラム (2015)
  • 発明者名: 石井一夫，古崎利紀，大森哲郎，沼田周助
  • 権利者名: 石井一夫，古崎利紀，大森哲郎，沼田周助
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2015-03-13
• [産業財産権] 気分障害マーカーおよびその用途、ならびに総合失調症マーカーおよびその用途 (2014)
  • 発明者名: 大森哲郎，沼田周助，石井一夫，井本逸勢，田島敦
  • 権利者名: 大森哲郎，沼田周助，石井一夫，井本逸勢，田島敦
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-08-08