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2019 年度 実施状況報告書

機械学習を用いたニューラルオシレーションの非正弦性機能メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K16891
研究機関大阪大学

研究代表者

大城 武史  大阪大学, 医学系研究科, 特任研究員(常勤) (70807875)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードニューラル・オシレーション / 非正弦性 / リップル / スピンドル / スローオシレーション
研究実績の概要

本研究の目的は、ニューラル・オシレーションの非正弦性とその機能的意義の解明にある。この研究目的達成に対する、今年度の研究実績は主に下記の3点が挙げられる。
第一に、本研究目的達成の為に必要なデータ収集を行った。データの収集には、外科的てんかん治療を目的として、頭蓋内に電極が留置された患者11名を対象とし、その計測には脳磁図と頭蓋内電極による同時計測法を用いた。これにより、ニューラル・オシレーションの非正弦性をより精緻に評価する事が可能となった。
第二に、本研究目的を達成する為のあらたな計算手法の開発と実装を行った。従来手法の多くは、オシレーションの正弦性を前提とした正弦kernelを用いた畳み込みを用いている。これらの手法は、オシレーション成分の非正弦性の評価には不適切である。そこで、本研究の独自性として、正弦kernelを用いない新たな計算アルゴリズム、一般化固有値分解を用いて、正弦性を前提としないオシレーション成分の抽出を行った。今年度は、このアルゴリズムを、様々なオシレーション成分の中でも、より強い非正弦性を有していることが予想されるsharp-waves ripples (SPW-Rs)の抽出に用いた。その結果、畳み込みを用いなくても、SPW-Rsが抽出可能となることが初めて明らかになった。また、従来脳磁図では取得困難とされていたSPW-Rsが、脳磁図でも取得可能であることが、頭蓋内電極との比較を通して、初めて明らかになった。
第三に、本研究に関連した研究成果の報告を行った。具体的には、査読付き海外学術論文誌への掲載(1本)と、本研究目的に関連した内容のシンポジウムをオーガナイザーとして企画し、日本神経科学学会2020の公募シンポジウムに応募、採択された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

これまでのところ、データの収集、および必要なアルゴリズムの実装、その成果発表と順調に進められてきている。

今後の研究の推進方策

今後は、SPW-Rs以外のニューラル・オシレーション、とりわけspindleやslow oscillationなどにも、同様の手法を適応し、より包括的なオシレーション成分の非正弦性の定量化を行う予定である。また、本研究目的を通して、海外の研究者との意見交換等も、随時行ってっく予定である。

次年度使用額が生じた理由

コロナ等の影響により、実施予定であった一部の業務等の実施を見合わせた為、予算執行に差額が生じた。これらの差額は、今年度中に解消される予定である。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2020

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

  • [雑誌論文] Timing of phase‐amplitude coupling is essential for neuronal and functional maturation of audiovisual integration in adolescents2020

    • 著者名/発表者名
      Ohki Takefumi、Matsuda Takeru、Gunji Atsuko、Takei Yuichi、Sakuma Ryusuke、Kaneko Yuu、Inagaki Masumi、Hanakawa Takashi、Ueda Kazuhiro、Fukuda Masato、Hiraki Kazuo
    • 雑誌名

      Brain and Behavior

      巻: 10 ページ: e-pub

    • DOI

      10.1002/brb3.1635

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ニューラル・オシレーションの正弦性に着目した新たな研究アプローチ2020

    • 著者名/発表者名
      大城武史
    • 学会等名
      日本神経科学学会
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of the sharp wave ripples in human via generalized eigendecomposition using concurrent measurements with ECoG and MEG2020

    • 著者名/発表者名
      Takefumi Ohki, Takufumi Yangaisawa, Hui Ming Khoo, Shota Yamamoto, Yuya Fujita and Haruhiko Kishima.
    • 学会等名
      日本神経科学学会
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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