統合失調症発症前後の脳画像機械学習と計測最適セットの提案：アジア多施設共同研究

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03579
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小池 進介 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (10633167)
• 研究分担者: 笹林 大樹 富山大学, 学術研究部医学系, 助教 (80801414) ; 平野 羊嗣 九州大学, 大学病院, 助教 (90567497)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 初発統合失調症 / 統合失調症ハイリスク群 / アジア精神病ＭＲＩ研究コンソーシアム / マルチモダリティ / 機械学習

研究実績の概要

統合失調症の進行性脳病態仮説により、発症前後の初発統合失調症および統合失調症ハイリスク群（Early clinical staging of schizophrenia, ECS）に対するバイオマーカー開発が試みられたが、いまだ臨床応用に至るものはない。本研究の目的は、応募者らが設立・運営するアジア精神病MRI研究コンソーシアム（ACMP）により、ECSを中心とした大規模マルチモダリティ脳画像データを集積する。疾患共通性・特異性に着目した生物学的要因を検討しつつ、大規模データを生かした機械学習により、臨床応用可能なバイオマーカー開発を目指す。10,000計測を超えるMRIデータ量を取り扱う解析・機械学習パイプラインを備え、効率的な前処理・解析分担の仕組みを作る。病態解明、バイオマーカー開発だけでなく、臨床現場で実施可能な必要計測手法の提案を行う。一連の研究成果により、アジアの精神疾患脳画像研究拠点を構築することを目指す。
2020年度は、新型コロナウイルス感染症拡大が日本をはじめとしたアジア諸国に多大な影響を与えた。特に、ほとんどの参画施設が大学附属病院であるため、研究活動そのものを長く中断することにもなった。そのため、ACMPは2020年は活動できず、2021年1月より可能な範囲で再開した。
小池は、脳画像大規模データセットの解析系を確立し、MRIデータへの適用を開始した。笹林は、国内外の共同研究施設とWEB会議で連携しつつ、マルチモーダルなデータを有しているかヒアリングを進めた。また、国内施設から収集した既存データを用いた解析を進めた。平野は、海外の脳波関連の共同研究施設とはWEB会議で連携しつつ、臨床脳波を用いた国内の共同研究（７施設）に関する整備とデータ収集、解析パイプラインの構築を行った。また、ECSを含めた統合失調症関連の論文16本を投稿した。

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

2020年度は、新型コロナウイルス感染症拡大が日本をはじめとしたアジア諸国に多大な影響を与えた。特に、ほとんどの参画施設が大学附属病院であるため、研究活動そのものを長く中断することにもなった。そのため、ACMPは2020年は活動できず、2021年1月より可能な範囲で再開することになった。まず、2019年度より行っていた倫理対応、データ集積を行い、日本5施設、韓国3施設からデータの受け取りを完了し、前処理を開始した。また、データクリーニングが終わったデータセットより、各ACMP機関へデータの提供を開始した。
小池は、NIRSによる脳機能画像1000計測を超えるデータセットと臨床データの融合的解析プラットフォームを確立し(Koike et al. Psychol Med in press)、MRIデータへの適用を開始した。その際問題となる、MRI機種間差の解消に向けた検討をまとめた(Maikusa, Koike, et al. under review)。
笹林は、国内4施設で共同して収集した多数例の統合失調症ハイリスク群データを用い、大脳皮質下領域体積の変化について公表した（Sasabayashi et al., 2020）。今後の大規模解析に向けて、MRI機種間差を補正する解析手法を習得した。
平野は、海外の脳波関連の共同研究施設とはWEB会議で連携しつつ、臨床脳波を用いた国内の共同研究（７施設）に関する整備と連携、パイロットデータ収集、解析パイプラインの構築を行った。

今後の研究の推進方策

2021年3月現在でも、新型コロナウイルス感染症に関する本研究計画の影響は大きく、すべての機関で研究計測が中断もしくは大幅に遅延している。また、渡航制限により、海外のみならず国内の移動も制限されており、人的交流、人材育成に多大な影響があり、研究進捗の遅れにつながっている。2019年度に引き続き、既存データの集積と解析に重点を置いて、本研究を遂行していく。

研究成果

• [国際共同研究] Seoul National University Hospital/Chonbuk National University Hospital/CHA Bundang Medical Center(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Seoul National University Hospital/Chonbuk National University Hospital/CHA Bundang Medical Center
  • 他の機関数: 2
• [国際共同研究] Peking University Sixth Hospital/Shanghai Key Laboratory(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Peking University Sixth Hospital/Shanghai Key Laboratory
• [国際共同研究] National Taiwan Univerisity Hospital/National Cheng Kung University Hospital(その他の国・地域)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: National Taiwan Univerisity Hospital/National Cheng Kung University Hospital
• [雑誌論文] Shared functional impairment in the prefrontal cortex affects symptom severity across psychiatric disorders (2022)
  • 著者名/発表者名: Koike S, Sakakibara E, Satomura Y, Sakurada H, Yamagishi M, Matsuoka J, Okada N, Kasai K
  • 雑誌名: Psychol Med 巻: in press ページ: -
  • DOI: 10.1017/S0033291720004742
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent updates of eye movement abnormalities in patients with schizophrenia: A scoping review (2021)
  • 著者名/発表者名: Alexandra Wolf, Kazuo Ueda, Yoji Hirano*
  • 雑誌名: Psychiatry and Clinical Neurosciences 巻: 75 ページ: 82-100
  • DOI: 10.1111/pcn.13188
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lower Hippocampal Volume in Patients with Schizophrenia and Bipolar Disorder: A Quantitative MRI Study (2021)
  • 著者名/発表者名: Jinya Sato, Yoji Hirano*, Noriaki Hirakawa, Junichi Takahashi, Naoya Oribe, Hironori Kuga, Itta Nakamura, Shogo Hirano, Takefumi Ueno, Osamu Togao, Akio Hiwatashi, Tomohiro Nakao, Toshiaki Onitsuka
  • 雑誌名: Journal of Personalized Medicine 巻: 11 ページ: 121-121
  • DOI: 10.3390/jpm11020121
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Recent findings on neurofeedback training for auditory hallucinations in schizophrenia (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirano Yoji、Tamura Shunsuke
  • 雑誌名: Current Opinion in Psychiatry 巻: 34 ページ: 245～252
  • DOI: 10.1097/YCO.0000000000000693
  • 査読あり
• [雑誌論文] Editorial: Current MEG Research in Psychiatry (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirano Yoji、Uhlhaas Peter J.
  • 雑誌名: Frontiers in Psychiatry 巻: 12 ページ: －
  • DOI: 10.3389/fpsyt.2021.647085
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Auditory mismatch negativity under predictive coding framework and its role in psychotic disorders (2020)
  • 著者名/発表者名: Fong CY, Law WH, Uka T, Koike S
  • 雑誌名: Front Psychiatry 巻: 11 ページ: e557932
  • DOI: 10.3389/fpsyt.2020.557932
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Subcortical brain volume abnormalities in individuals with an at-risk mental state (2020)
  • 著者名/発表者名: Sasabayashi D, Takayanagi Y, Takahashi T, Katagiri N, Sakuma A, Obara C, Katsura M, Okada N, Koike S, Yamasue H, Nakamura M, Furuichi A, Kido M, Nishikawa Y, Noguchi K, Matsumoto K, Mizuno M, Kasai K, Suzuki M
  • 雑誌名: Schizophr Bull 巻: 46 ページ: 834-45
  • DOI: 10.1093/schbul/sbaa011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Promoter activity-based case-control association study on SLC6A4 highlighting hypermethylation and altered amygdala volume in male patients with schizophrenia (2020)
  • 著者名/発表者名: Ikegame T, Bundo M, Okada N, Murata Y, Koike S, Sugawara H, Saito T, Ikeda M, Owada K, Fukunaga M, Yamashita F, Koshiyama D, Natsubori T, Iwashiro N, Asai T, Yoshikawa A, Nishimura F, Kawamura Y, Ishigooka J, Kakiuchi C, Sasaki T, Abe O, Hashimoto R, Iwata N, Yamasue H, Kato T, Kasai K, Iwamoto K
  • 雑誌名: Schizophr Bull 巻: 46 ページ: 1577-86
  • DOI: 10.1093/schbul/sbaa075
  • 査読あり
• [雑誌論文] Why are collaborative studies in Asian countries needed? The concept and framework of the Asian Consortium on MRI studies in Psychosis (ACMP) (2020)
  • 著者名/発表者名: 小池進介, 森田健太郎, 植松明子, 北島和俊, 平野羊嗣, 笹林大樹, 高橋努, 高柳陽一郎, 佐久間篤, 岡田直大, 吉野伸哉, 上野雄己, 松本和紀, 鬼塚俊明, 鈴木道雄, 笠井清登, The Asian Consortium on MRI Studies in Psychosis (ACMP)
  • 雑誌名: 日本生物学的精神医学会誌 巻: 31 ページ: 12-9
  • 国際共著
• [雑誌論文] Reduced cortical thickness in schizophrenia and schizotypal disorder (2020)
  • 著者名/発表者名: Takayanagi Y, Sasabayashi D, Takahashi T, Furuichi A, Kido M, Nishikawa Y, Nakamura M, Noguchi K, Suzuki M
  • 雑誌名: Schizophr Bull 巻: 46 ページ: 387-394
  • DOI: 10.1093/schbul/sbz051.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Increased brain gyrification in the schizophrenia spectrum (2020)
  • 著者名/発表者名: Sasabayashi D, Takayanagi Y, Takahashi T, Nemoto K, Furuichi A, Kido M, Nishikawa Y, Nakamura M, Noguchi K, Suzuki M
  • 雑誌名: Psychiatry Clin Neurosci 巻: 74 ページ: 70-76
  • DOI: 10.1111/pcn.12939
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pineal gland volume in major depressive and bipolar disorders (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi T, Sasabayashi D, Yucel M, Whittle S, Lorenzetti V, Walterfang M, Suzuki M, Pantelis C, Malhi GS, Allen NB
  • 雑誌名: Front Psychiatry 巻: 11 ページ: 450
  • DOI: 10.3389/fpsyt.2020.00450.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gray matter changes in the insular cortex during the course of the schizophrenia spectrum (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi T, Kido M, Sasabayashi D, Nakamura M, Furuichi A, Takayanagi Y, Noguchi K, Suzuki M
  • 雑誌名: Front Psychiatry 巻: 11 ページ: 659
  • DOI: 10.3389/fpsyt.2020.00659.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Support vector machine-based classification of schizophrenia patients and healthy controls using structural magnetic resonance imaging from two independent sites. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto M, Bagarinao E, Kushima I, Takahashi T, Sasabayashi D, Inada T, Suzuki M, Iidaka T, Ozaki N
  • 雑誌名: Plos One 巻: 15 ページ: e0239615
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0239615.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural MRI study of the planum temporale in individuals with an at-risk mental state using labeled cortical distance mapping (2020)
  • 著者名/発表者名: Takayanagi Y, Kulason S, Sasabayashi D, Takahashi T, Katagiri N, Sakuma A, Omuro N, Katsura M, Nishiyama S, Nakamura M, Kido M, Furuichi A, Noguchi K, Matsumoto K, Mizuno M, Ratnanather JT, Suzuki M
  • 雑誌名: Front Psychiatry 巻: 11 ページ: 593952
  • DOI: 10.3389/fpsyt.2020.593952.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 統合失調症スペクトラムにおける脳回形成の変化 (2020)
  • 著者名/発表者名: 笹林大樹, 高柳陽一郎, 高橋努, 根本清貴, 古市厚志, 木戸幹雄, 西川祐美子, 中村美保子, 野口京, 鈴木道雄
  • 雑誌名: 精神神経学雑誌 巻: 122 ページ: 803-811
  • 査読あり
• [雑誌論文] 神経発達症を背景に、精神病リスク状態から統合失調症を発症した1例?mismatch negativity測定結果からの考察? (2020)
  • 著者名/発表者名: 樋口悠子, 高橋 努, 笹林大樹, 西山志満子, 鈴木道雄
  • 雑誌名: 予防精神医学 巻: 5 ページ: 62-71
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] At-risk mental stateにおける脳形態変化: 多施設共同研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 笹林大樹, 高柳陽一郎, 高橋努, 鈴木道雄
  • 雑誌名: 日本生物学的精神医学会誌 巻: 31 ページ: 6-11
• [雑誌論文] 精神病性障害における脳溝脳回形成の偏倚に関する研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 笹林大樹
  • 雑誌名: 日本生物学的精神医学会誌 巻: 31 ページ: 185
• [雑誌論文] Prospects for Future Methodological Development and Application of Magnetoencephalography Devices in Psychiatry (2020)
  • 著者名/発表者名: Hironaga Naruhito、Takei Yuichi、Mitsudo Takako、Kimura Takahiro、Hirano Yoji
  • 雑誌名: Frontiers in Psychiatry 巻: 11 ページ: －
  • DOI: 10.3389/fpsyt.2020.00863
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PCN Art Brut Series No. 16, Artwork Description (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirano Yoji
  • 雑誌名: Psychiatry and Clinical Neurosciences 巻: 74 ページ: 448～448
  • DOI: 10.1111/pcn.13089
  • 査読あり
• [雑誌論文] Association of self‐reported religiosity with the development of major depression in multireligious country Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Daiki、First Michael B.、Shimbo Takuro、Kanba Shigenobu、Hirano Yoji
  • 雑誌名: Psychiatry and Clinical Neurosciences 巻: 74 ページ: 535～541
  • DOI: 10.1111/pcn.13087
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] トラベリングサブジェクト法と他の機種間差補正法の性能比較：国際脳ヒト脳MRI研究プロジェクトに向けて (2020)
  • 著者名/発表者名: 小池進介
  • 学会等名: 第48回日本磁気共鳴医学会大会
• [学会発表] 統合失調症スペクトラムにおける脳幹体積の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 笹林大樹, 高柳陽一郎, 高橋 努, 藤本岳, 古市厚志, 木戸幹雄, 中村美保子, 野口 京, 鈴木道雄
  • 学会等名: 第42回日本生物学的精神医学会
• [学会発表] 精神病性障害における脳溝脳回形成の偏倚に関する研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 笹林大樹
  • 学会等名: 第42回日本生物学的精神医学会
• [学会発表] Relationship between cortical thickness and functional outcome in individuals at risk of psychosis (2020)
  • 著者名/発表者名: Sasabayashi D, Takayanagi Y, Takahashi T, Mizukami Y, Katagiri N, Sakuma A, Obara C, Koike S, Nakamura M, Furuichi A, Kido M, Nishikawa Y, Noguchi K, Yamasue H, Matsumoto K, Mizuno M, Kasai K, Suzuki M
  • 学会等名: The 7th Biennial Schizophrenia International Research Society Conference
  • 国際学会
• [備考] Asian Consortium on MRI in Psychosis
  • URL: http://asia-mri-consortium.net/