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多階層オミクスデータのためのネットワーク推定方法の開発

公募研究

研究領域スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成
研究課題/領域番号 16H01551
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関九州大学

研究代表者

宇田 新介  九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (20599609)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワードシステム生物学 / スパース推定 / 機械学習 / 情報科学 / 情報工学 / 生体生命情報学
研究実績の概要

網羅的測定によって得られるオミクスデータは,1回の測定で多くの分子種を測定できるが,欠損値が出やすいことや,大きなサンプルサイズのデータセットを得ることが労力と金銭の両方のコストから難しいと言った問題がある.
本研究計画では,欠損値とサンプルサイズが小さいことへの問題の対処として,欠損値とネットワーク構造を同時に推定し,サンプルサイズが小さくデータ量が不足する問題に関してはデータベースの事前知識を間接的に利用してパラメータに反映させる手法の開発を行った.ネットワーク構造が偏相関行列がL1ノルム正則化によって疎になるような推定を行いつつ,欠損値については,データ行列が低ランクに近い仮定をおいて2つの行列の積で表現し,積となる各行列を求めることで欠損値,および,ネットワーク構造が同時に推定される手法を構築した.生物学的データでは,サンプルがクラスタ構造を有して標本ベクトル間に相関が生じやすく,データ行列は全特異値の数に比べて少数の特異値が支配的になることが多いため,仮定は妥当であると考えている.試験的に実データへの適用を行い,生物学的事前知識に近い推定結果が得られた.
一方,生物学的事前知識の利用に関しては,事前知識の信頼度に相当する超パラメータの決め方に問題が残っている.また,階層性の導入については,モデル構築に不十分な点があり,現在も改善を重ねている段階である.これらの問題点については,今後の課題として継続して取り組んでいる.また,実データへのより実際的な適用を行うことを検討している.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 3件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Increase in hepatic and decrease in peripheral insulin clearance characterize abnormal temporal patterns of serum insulin in diabetic subjects2018

    • 著者名/発表者名
      Ohashi Kaoru、Fujii Masashi、Uda Shinsuke、Kubota Hiroyuki、Komada Hisako、Sakaguchi Kazuhiko、Ogawa Wataru、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      npj Systems Biology and Applications

      巻: 4 号: 1 ページ: 14-14

    • DOI

      10.1038/s41540-018-0051-6

    • NAID

      120006599090

    • 関連する報告書
      2017 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] System identification of signaling dependent gene expression with different time-scale data2017

    • 著者名/発表者名
      Tsuchiya Takaho、Fujii Masashi、Matsuda Naoki、Kunida Katsuyuki、Uda Shinsuke、Kubota Hiroyuki、Konishi Katsumi、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      PLoS Computational Biology

      巻: 13 号: 12 ページ: e1005913-e1005913

    • DOI

      10.1371/journal.pcbi.1005913

    • NAID

      120006555357

    • 関連する報告書
      2017 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] Matrix rank minimization approach to signal recovery and nonlinear function estimation for nonlinear ARX model with input nonlinearity2017

    • 著者名/発表者名
      Konishi Katsumi、Fujii Masashi、Kunida Katsuyuki、Uda Shinsuke、Kuroda Shinya
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2017 Asian Control Conference

      巻: - ページ: 1428-1431

    • DOI

      10.1109/ascc.2017.8287382

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sparse Gaussian graphical model with missing values2017

    • 著者名/発表者名
      Uda Shinsuke、Kubota Hiroyuki
    • 雑誌名

      Proceedings of the 21st Conference of Open Innovations Association

      巻: - ページ: 336-343

    • DOI

      10.23919/fruct.2017.8250201

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Laguerre filter analysis with partial least square regression reveals a priming effect of ERK and CREB on c-FOS induction2016

    • 著者名/発表者名
      Kudo T, *Uda S, Tsuchiya T, Wada T, Karasawa Y, Fujii M, Saito T.H, Kuroda S.
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 11(8) 号: 8 ページ: 1-20

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0160548

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 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] Selective control of up-regulated and down-regulated genes by temporal patterns and doses of insulin2016

    • 著者名/発表者名
      Takanori Sano,* Kentaro Kawata, * Satoshi Ohno,* Katsuyuki Yugi, Hiroaki Kakuda, Hiroyuki Kubota, Shinsuke Uda, Masashi Fujii, Katsuyuki Kunida, Daisuke Hoshino, Atsushi Hatano, Yuki Ito,1 Miharu Sato, Yutaka Suzuki, Shinya Kuroda†
    • 雑誌名

      Science Signaling

      巻: 9 号: 455

    • DOI

      10.1126/scisignal.aaf3739

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] An estimation method of sparse partial correlation matrix for omics data analysis2017

    • 著者名/発表者名
      S.Uda and H. Kubota
    • 学会等名
      11th International Symposium of The Institute Network “Frontiers in Biomedical Sciences”
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Sparse Gaussian Graphical Model with Missing Values2017

    • 著者名/発表者名
      S.Uda and H.Kubota
    • 学会等名
      21st FRUCT Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Matrix rank minimization approach to signal recovery and nonlinear function estimation for nonlinear ARX model with input nonlinearity2017

    • 著者名/発表者名
      K.Konishi, M.Fujii, K.Kunida, S.Uda, S.Kuroda
    • 学会等名
      Control Conference (ASCC), 2017 11th Asian
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 欠損ありデータからの疎偏相関行列の推定法2016

    • 著者名/発表者名
      宇田新介
    • 学会等名
      新学術領域研究「スパースモデリングの深化と高次元駆動データ科学の創成」平成28年度公開シンポジウム
    • 発表場所
      慶應義塾大学三田キャンパス
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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