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2021 年度 実施状況報告書

ネオロコモ:俯瞰的システムから挑む運動器不全メカニズムの全貌解明

研究課題

研究課題/領域番号 20K20657
研究機関名古屋大学

研究代表者

松井 佑介  名古屋大学, 医学系研究科(保健), 准教授 (90761495)

研究分担者 野嶌 一平  信州大学, 学術研究院保健学系, 准教授 (20646286)
宇野 光平  名古屋大学, 医学系研究科, 特任助教 (50873585)
研究期間 (年度) 2020-07-30 – 2023-03-31
キーワード歩行解析 / ビデオベースモーションキャプチャ / 信号処理 / 筋シナジー解析
研究実績の概要

本年度はビデオベースモーションキャプチャデータと筋活動データに対して、歩行特徴を捉えるためのロバストな統計的解析方法を開発し、ソフトウェアとして公開した。臨床応用を想定した場合には、厳密に統制された環境下で測定されるとは限らず、測定環境や測定者のスキルの違いなど、関心のある対象とは関連のないノイズが混入する。これらは再現性を高める上でのハードルとなり、また臨床応用を阻む一つの主要因である。これらを曖昧さのない統計・数理的基準に基づいて、自動的に処理可能な解析基盤を構築することが必要であった。

一つ目は非統制環境下においてビデオベースモーションキャプチャ手法の一つであるOpenPoseにより測定された歩行データに対する自動前処理方法の開発である。我々はOpenPoseを用いて歩行測定をした場合に生じる様々な異常誤差を精査して、4つの誤差類型を同定した。それらに対して、解剖学的、生体力学的観点を踏まえつつ、統計的に異常検出して補正するアルゴリズムを開発した。また、公開されている1万人を超える超大規模歩行データへ応用し、有用性を実証した。

二つ目は、複数人に対する多チャンネル表面筋電位データを用いた筋シナジー解析パイプラインの開発である。臨床において筋シナジーに基づく評価や群間における比較を導入していくためには、再現性の問題を解決する必要がある。特に筋シナジー解析における再現性を阻む要因として、個体内変動と個体間変動、また筋シナジー導出に用いられる非負値正定値行列分解(NMF)における解の不定性があげられる。これらに対する解決策として、周期間、個体間で潜在的に共通した主要な筋活動パターンを近似する統計的モデルの開発と、NMFを各個体ごとに適用するのではなく、群ごとで適切に要約した一つの筋活動パターンに対して適用するアルゴリズムを用いる方法を開発した。

現在までの達成度 (区分)
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

計画通りに解析アルゴリズムの開発が進んでいるため

今後の研究の推進方策

開発した方法を高齢者と若年者のそれぞれから取得したデータへと適用することで、有用性を実証するとともに、高齢者における運動器疾患のメカニズムを生体力学的観点と神経生理学的な観点から明らかにする。また、より詳細なメカニズムを調べる解析方法として、解剖学的な骨格筋ネットワーク構造を加味した筋シナジー解析モデルを開発する。

次年度使用額が生じた理由

解析アルゴリズムの検証で用いるシミュレーションモデルの構築に時間を要したこと、また、実証用の実データの収集に時間を要したため。次年度は、これらの計画を滞りなく進めるため、大規模計算環境の構築を進め、論文投稿を進めていく。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 オープンアクセス 2件、 査読あり 3件) 学会発表 (8件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Types of anomalies in two-dimensional video-based gait analysis in uncontrolled environments2022

    • 著者名/発表者名
      Sugiyama Yuki、Uno Kohei、Matsui Yusuke
    • 雑誌名

      BioRxive

      巻: 0 ページ: 0

    • DOI

      10.1101/2022.03.07.483222

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Meta-analysis integrated with multi-omics data analysis to elucidate pathogenic mechanisms of age-related knee osteoarthritis in mice2022

    • 著者名/発表者名
      Iijima Hirotaka、Gilmer Gabrielle、Wang Kai、Sivakumar Sruthi、Evans Christopher、Matsui Yusuke、Ambrosio Fabrisia
    • 雑誌名

      The Journals of Gerontology: Series A

      巻: glab386 ページ: glab386

    • DOI

      10.1093/gerona/glab386

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Pan-cancer methylome analysis for cancer diagnosis and classification of cancer cell of origin2021

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Dai、Taniue Kenzui、Matsui Yusuke、et al.
    • 雑誌名

      Cancer Gene Therapy

      巻: s41417 ページ: s41417

    • DOI

      10.1038/s41417-021-00401-w

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pre‐stimulus alpha oscillation and post‐stimulus cortical activity differ in localization between consciously perceived and missed near‐threshold somatosensory stimuli2021

    • 著者名/発表者名
      Uemura Jun‐ichi、Hoshino Aiko、Igarashi Go、Matsui Yusuke、Chishima Makoto、Hoshiyama Minoru
    • 雑誌名

      European Journal of Neuroscience

      巻: 54 ページ: 5518~5530

    • DOI

      10.1111/ejn.15388

    • 査読あり
  • [学会発表] DX時代における理学療法学 ~ データ科学との融合へ向けて ~2021

    • 著者名/発表者名
      松井佑介
    • 学会等名
      第26回日本基礎理学療法学会学術大会 教育講演
    • 招待講演
  • [学会発表] 大規模プロテオゲノミクスにおける数理解析アプローチ ~ cancer complexomeを例として ~2021

    • 著者名/発表者名
      松井佑介
    • 学会等名
      第72回日本電気泳動学会総
    • 招待講演
  • [学会発表] 簡易デバイスによる超大規模歩行骨格データに対する解析基盤の開発と応用2021

    • 著者名/発表者名
      杉山雄紀、宇野光平、松井佑介
    • 学会等名
      第26回日本基礎理学療法学会学術大会
  • [学会発表] アルツハイマー病の潜在的病態進行度を推定するための機械学習アプローチの検討2021

    • 著者名/発表者名
      林勇作、宇野光平、松井佑介
    • 学会等名
      第26回日本基礎理学療法学会学術大会
  • [学会発表] アルツハイマー病サブタイプにおけるデータ駆動型アプローチによる空間的バイオマーカー分布構造の検討2021

    • 著者名/発表者名
      山村柊平、宇野光平、松井佑介
    • 学会等名
      第26回日本基礎理学療法学会学術大会
  • [学会発表] 歩行分析のためのAI姿勢推定における異常誤差の検討と検出方法2021

    • 著者名/発表者名
      杉山雄紀、宇野光平、松井佑介
    • 学会等名
      2021年度日本分類学会シンポジウム
  • [学会発表] 歩行時筋活動におけるウェーブレット解析と解釈のための次元縮小アプローチ2021

    • 著者名/発表者名
      池田陽夏、宇野光平、松井佑介
    • 学会等名
      2021年度日本分類学会シンポジウム
  • [学会発表] 個々のゲノム情報を考慮した変異ペプチドに基づく異常タンパク質の同定方法とアルツハイマー病への応用2021

    • 著者名/発表者名
      都築凛華、宇野光平、松井佑介
    • 学会等名
      2021年度日本分類学会シンポジウム

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公開日: 2022-12-28  

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