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てんかん脳波の数理的特徴付けと発作予測に向けて

公募研究

研究領域非線形発振現象を基盤としたヒューマンネイチャーの理解
研究課題/領域番号 18H04929
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
研究機関北海道大学

研究代表者

行木 孝夫  北海道大学, 理学研究院, 教授 (40271712)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード非線形時系列解析 / 高周波振動 / てんかん / エントロピー解析 / 時系列解析 / 力学系 / カオス理論 / 高周波発振 / カオス
研究実績の概要

研究実績の概要は次の通りである。池田班から提供された広域周波数帯域ECoG記録脳波10患者データについて、パワースペクトル解析の結果を見直した。パワースペクトルに現れるベキ型の分布は非整数ブラウン運動に従うことを予想させるため、差分時系列の従う確率分布を評価した。差分時系列は正規分布に近い確率分布に従い、その分散が時間幅のH乗に比例していることがわかった。これは原波形が非整数ブラウン運動に従うことを示唆する結果である。次に、昨年度発見した発作時高周波振動におけるサークルマップ型の力学系が存在する原波形の判断基準を提案した。該当する高周波振動は特定の周波数、特に100Hzから150Hzに生起している。この周波数はサークルマップ型の力学系の特徴量として定義できる回転数に対応するものであり、時間周波数解析の結果からサークルマップ型の力学系の発生する時間区間を特定できる可能性がある。てんかん由来の高周波振動とそうでない高周波振動の区別を取り入れた判定基準を定めることが次の問題である。
また、差分時系列に対するシンボリックトランスファーエントロピーおよびパーミュテーションエントロピーに関して協力研究者の田所とともにPt1の各ch間で評価した。トランスファーエントロピーは 2つの時系列間に存在する情報の流れを定量化するものだが、必要な計算資源が膨大になる。これを単純化してシンボルによる情報の流れを与えるものがシンボリックトランスファーエントロピーであり、パーミュテーションエントロピーも同様である。差分時系列に対するシンボリックトランスファーエントロピーおよびパーミュテーションエントロピーは比較的一様であり、高周波振動の生じる時間区間で大きく変動することが判明した。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2020 2019 2018 その他

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

  • [雑誌論文] Mathematical structures for epilepsy: High-frequency oscillation and interictal epileptic slow (red slow).2020

    • 著者名/発表者名
      Namiki, T., Tsuda, I., Tadokoro, S., Kajikawa, S., Kunieda, T., Matsumoto, R., Matsuhashi, M., Ikeda, A.
    • 雑誌名

      Neurosci Res

      巻: - ページ: 178-187

    • DOI

      10.1016/j.neures.2019.11.008

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative description and classification of protein structures by a novel robust amino acid network: interaction selective network (ISN)2019

    • 著者名/発表者名
      Shohei KONNO, Takao NAMIKI, Koichiro ISHIMORI
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 16654-16654

    • DOI

      10.1038/s41598-019-52766-6

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Relation between spatio-temporal patterns generated by two-dimensional cellular automata and a singular function2019

    • 著者名/発表者名
      A. Kawaharada, T. Namiki
    • 雑誌名

      International Journal of Networking and Computing

      巻: 9 ページ: 354-369

    • NAID

      130007680124

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Relation between spatio-temporal patterns generated by two-dimensional cellular automata and a singular function2019

    • 著者名/発表者名
      Akane Kawaharada and Takao Namiki
    • 雑誌名

      International Journal of Networking and Computing

      巻: 印刷中

    • NAID

      130007680124

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Mathematical Model of High Frequency Oscillations in Epilepsy2019

    • 著者名/発表者名
      Takao Namiki
    • 学会等名
      Neural Oscillation Conference 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Probing epileptogenesis using mathematical models2018

    • 著者名/発表者名
      Takao Namiki
    • 学会等名
      Advanced ECoG/EEG and Analysis in Epilepsy
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/nami/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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