意識現象の時刻測定と脳-意識相互作用の時系列解析

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10480052
• 研究機関: 統計数理研究所
• 研究代表者: 石黒 真木夫 統計数理研究所, 予測制御研究系, 教授 (10000217)
• 研究分担者: 尾崎 統 統計数理研究所, 予測制御研究系, 教授 (00000208) ; 西村 千秋 東邦大学, 医学部, 教授 (50011193) ; 内田 直 東京都精神医学総合研究所, 副参事研究員 (00261181) ; 加藤 比呂子 NTTコミュニケーション科学基礎研究所, 知能情報研究部, 研究主任 (60284171) ; 下平 英寿 統計数理研究所, 予測制御研究系, 助手 (00290867) ; 瀧澤 由美 統計数理研究所, 予測制御研究系, 助教授 (90280528)
• キーワード: 脳波 / 脳磁気 / 側頭葉内側部 / 大脳辺縁系 / 大脳基底核 / 感覚統合 / 時系列モデル解析 / 非線形ダイナミックス

研究概要

種々の実験パラダイムと計測法の組合せによる時空間データ収集を継続して行う一方で,時間領域,周波数領域の解析を統合する非線形モデルの開発に着手した.実験パラダイムとしてある種の作業をしている時と,していない時の差を見るだけでは我々の目的は達成できないことから,同じ行動でありながら意識を伴う場合と伴わない場合で外見的には似た動作が出現する課題を設定し,「意識的動作」時と「無意識的動作」時の脳活動の差を見る工夫をしつつある.具体的成果としては以下のものがあげられる.(1)ヒトの側頭葉内側部にみられるガンマ帯域脳波活動,ベータ1帯域脳波活動について国際誌に論文報告した.さらに,ガンマ帯域が麻酔薬によって容量依存性に減少することを論文報告した.ガンマ帯域,ベータ帯域の自然睡眠中の変化については,現在論文投稿中である.睡眠時の特徴的な脳波活動として,デルタ,シグマ,ベータの3つの帯域が存在することを過去に示したが,今年度の論文業績としてポジトロンCTによる睡眠中の脳血流測定と脳波データの対応についての第1報が出版された.(2)超電導量子干渉素子(SQUID)を利用した脳磁気測定装置を用いて,感覚・認知・感覚統合などいくつかの脳内情報処理過程にまたがる神経活動の実際を,ヒトについて非侵襲的に計測した.本年度はそのうちとくに異種感覚統合から認知に至る過程に絞りデータの収集と解析を行った.具体的には単純な視覚刺激と聴覚刺激を同時に被験者に呈示し,その組み合わせを弁別する作業中の脳磁気を測定し,刺激提示後約80msから350msにかけて1.6ms刻みで各時点の脳の活動部位を推定し,その時間-空間分布から背景にある神経過程の特徴を探った.その結果,大脳皮質活動が時間的にいくつかの相に分けられること,そして相変化の際に帯状回や海馬を含む大脳辺縁系および被殻や尾状核を含む大脳基底核等の活動が関与していることなどが見いだされた.(3)脳波の背後にある非線形ダイナミックスの推定法をパラメトリック,ノンパラメトリックの両面から追求し,時系列に含まれる異常値を自動的に検出する手法を開発した.さらにfMRIデータの空間動特性を解析するために自然体でのfMRIデータの収集を行った.(4)脳磁気計測器の各測定点で計測された電位の時系列に対し,フィードバックを仮定できる2点間の伝達特性を刺激毎に調べるためのプログラムをMatlabで作成した.(5)モデル信頼集合の研究では,確率的なバラツキを評価し,統計モデルを複数選ぶことによって,想定されるシナリオを列挙する手法を時系列に直接適用するための方法論を展開中である.

研究成果

• [文献書誌] 石黒真木夫: "目的論的モデル"統計数理. Vol. 46 No. 2. 383-399 (1998)
• [文献書誌] Ishiguro, M., Kato, H. and Akaike, H.: "Auto-Regressive model analyzer, Computer Science Monographs"ARdock. 30. (1999)
• [文献書誌] Ishiguro, M.: "Interactive Frequency Band Model"The Institute of Statistical Mathematics. (1999)
• [文献書誌] Yafune, A. and Ishiguro, M.: "Bootstrap Approach for Constructing Confidence Intervals for Population Pharmacokinetic Parameter"Statistics in Medicine. 18. 581-599 (1999)
• [文献書誌] Ishiguro, M. and Oya, T.: "Analysis of a Human/2-wheeled-Vehicle System by ARdock, in The Practice of Time series Analysis"Springer-Verlag New York, Inc.. 209-228 (1999)
• [文献書誌] Ishiguro, M. et al.: "Survival analysis after surgical operation for esophageal cancer based on EIC"Japanese Journal of Biometrics. 20,1. 93-107 (1999)
• [文献書誌] Yafune, A. & Ishiguro, M.: "Kullback-Leibler Information Approach for Modifying Pharmacokinetic Sampling Schedules in Clinical Phase I Trials"Research Memorandum. No. 679. (1998)
• [文献書誌] Kato, H., Kawahara, H. & Ishiguro, M.: "On the Coefficient-Modulated Autoregressive Model"Technical Report. No. 98-12. (1998)
• [文献書誌] 石黒真木夫: "情報量統計学の技術的側面"統計数理. 47 (in press). (1999)
• [文献書誌] Uchida S. et al.: "Benzodiazepine effects on human sleep EEG spectra : A comparison of triazolam and flunitrazepam"Life Sciences. Vol. .63. 675-684 (1998)
• [文献書誌] Uchida S. et al.: "Enhanced gamma (30-150 Hz) frequency in the human medial temporal lobe"Neuroscience 90. 1149-1155 (1999)
• [文献書誌] Uchida S. et al.: "A comparison of period amplitude analysis and FFT power spectral analysis of all-night human sleep E"Physiol. Behav. 67. 1. 121-131 (1999)
• [文献書誌] Uchida S. et al.: "Beta-1 (10-20 Hz) cortical oscillations observed in the human medial temporal lobe"Neuroreport. 10. 3055-3059 (1999)
• [文献書誌] Uchida S. et al.: "Roles of midbrain and neocortex during human non-REM sleep assessed by PET"J. Neurosci. 19. 10065-10073 (1999)
• [文献書誌] Uchida S. et al.: "Suppression of gamma activity in the human medial temporal lobe by sevoflurane anesthesia"Neuroreport. 11. 39-42 (2000)
• [文献書誌] 西村千秋 他: "視聴覚オドボール課題に付随する誘発脳磁界"医用電子と生体工学. 36(特). 351 (1998)
• [文献書誌] 西村千秋 他: "視聴覚組合せ刺激に対する誘発脳磁界"日本生体磁気学会誌. 11. 204-205 (1998)
• [文献書誌] Nishimura C. et al.: "Neuromagnetic fields elicited by multimodal inputs"Proceedings of 11th International Conference of Biomagnetism. (1998)
• [文献書誌] Nishimura C. et al.: "Neuromagnetic fields elicited by multimodal inputs"Recent Advances in Biomagnetism. Yoshimoto T. et al. (eds). 700-704 (1999)
• [文献書誌] 西村千秋 他: "視聴覚入力に対する脳磁気反応の解析"電気学会計測研究会資料. IM-99-60. (1999)
• [文献書誌] 西村千秋 他: "視聴覚同時入力に対する誘発脳磁界の解析"日本生体磁気学会誌. 12(1). 26-27 (1999)
• [文献書誌] 西村千秋 他: "脳磁気による視聴覚同時処理脳内過程の推定"医用電子と生体工学. 37(特). 54 (1999)
• [文献書誌] 西村千秋 他: "脳磁気測定による脳機能計測の展望"東邦医学会雑誌. 45(2). 195-200 (1998)
• [文献書誌] P. Valdes, T. Ozaki et al.: "The Statistical Identification of Nonlinear Brain Dynamics : A Progress Rep"Research Memorandum. No. 705. (1998)
• [文献書誌] T. Ozaki et al.: "Nonlinear Time Series Models and Neural Dynamical Systems"Research Memorandum. No. 657. (1998)
• [文献書誌] Z. Shi, Y. Tamura & T. Ozaki: "Nonlinear time series modeling by radial basis function-based state-dependent autoregressive mode"International Journal of Systems Science. (to appear). (1998)
• [文献書誌] Shoji, I. and Ozaki, T.: "A statistical method of estimation and simulation for systems of stochastic differential equation"Biometrika. 85. 240-243 (1998)
• [文献書誌] Takizawa, Y. et al.: "Analysis of Brain Electroencephalograms with the Instantaneous Maximum Entropy Method"Signal Processing IX, Theories and Applications. Vol. II. 661-664 (1998)
• [文献書誌] Ozaki, T., P. A. Valdes-Sosa: "Reconstructing the Nonlinear Dynamics of Epilepsy Data Using Nonlinear Time Series Analysis"J. of Signal Processing. 3. 153-162 (1999)
• [文献書誌] 尾崎統 他: "指数型ARモデルとカオス"数理科学臨時別冊『カオス研究の最前線』. 101-111 (1999)
• [文献書誌] Ozaki, T. et al.: "empirical Evaluation of Non-parametric Autoregressive Models for Dynamics Reconstruction and Pred"J. of Signal Processing. 3. (1999)
• [文献書誌] 尾崎統 他: "ジャンプ拡散過程モデルによる非ガウス時系列のフィルタリングと予測"数理数理. 47. (1999)
• [文献書誌] Ozaki, T. et al.: "A long-range Predictive Control Strategy Based on Exponential-type CARMA Model for Steam Temperature"理論応用力学講演会プロシーディング. (2000)
• [文献書誌] Shimodaira, H., Hasegawa, M.: "Multiple comparisons of log-likelihoods with applications to phylogenetic inference"Molecular Biology and Evolution. 16. 1114-1116 (1999)
• [文献書誌] 下平英寿: "モデル選択理論の新展開"統計数理. 47. 3-27 (1999a)
• [文献書誌] 下平英寿: "信頼集合と予測分布地図による統計的モデル選択の診断法"計測と制御. 38. 433-438 (1999b)
• [文献書誌] 下平英寿: "統計的仮説検定は有効か?"日本統計学会会報. 100. 12-15 (1999c)
• [文献書誌] 下平英寿 他: "重み付き最尤推定量の情報量規準を用いた能動学習アルゴリズムの提案"統計数理. (in press) 48. (2000)