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2021 年度 実施状況報告書

グラフ理論と自然言語処理技術を用いた統合失調症の脳内単語ネットワーク解析

研究課題

研究課題/領域番号 20K21567
研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

高橋 英彦  東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (60415429)

研究期間 (年度) 2020-07-30 – 2023-03-31
キーワード統合失調症 / 脳画像 / 自然言語処理
研究実績の概要

対象は統合失調症患者で、臨床・心理データに加え、脳MRIを取得した。被験者に自然動画刺激を提示し、全脳活動を3TのfMRIによって記録した。動画に含まれる単語のラベル時系列(入力データ)と脳活動(出力データ)から、重み係数を求める。この過程で、単語をベクトルに変換する自然言語処理技術Word2Vecを用いた。1単語を1000次元のベクトルに変換した。次に300個の単語のベクトルを並べた300語×1000次元の行列を用意し、上記で求めた重みづけ行列を乗じることで、300語×脳内のボクセルの数の脳内単語ベクトル行列を求めた。各行の脳内単語ベクトルの任意の2語の組み合わせの類似度を表した行列を得た。この行列から、ある類似度の閾値で0か1にbinarizeして隣接行列を作成し、グラフ理論による脳内の単語表象のネットワーク解析を行った。機能分離(cluster coefficient)、機能統合(characteristic path length)、情報伝達効率(small worldness)といったネットワークの指標を健常者、統合失調症のそれぞれの群で算出した。 健常者と比べ、統合失調症では情報伝達効率(small worldness)の低下を認めた。

現在までの達成度
現在までの達成度

3: やや遅れている

理由

新型コロナウィルス感染症蔓延のため、研究協力者との打ち合わせ、解析プログラムの改訂がやや遅れた

今後の研究の推進方策

研究協力者との打ち合わせ、解析プログラムの改訂を進め、グラフ理論による脳内の単語表象のネットワーク解析の結果を固め、論文作成、投稿する。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウィルス感染症の蔓延で、対人的な実験、データ収集が困難となったことに加えて、研究協力者とのデータの共有、打ち合わせが遅延したため。
2022年度は、物品費:839734円 統計ソフト ノートPC, 人件費:3000000円 研究補助者、被検者謝金、旅費:国内学会成果発表 300000円、その他:論文掲載料 300000円

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 その他

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

  • [国際共同研究] Oxford大学(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      Oxford大学
  • [雑誌論文] A multi-site, multi-disorder resting-state magnetic resonance image database2021

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Saori C.、et al Seymour Ben、Shimizu Takeshi、Hosomi Koichi、Saitoh Youichi、Kasai Kiyoto、Kato Nobumasa、Takahashi Hidehiko、Okamoto Yasumasa、Yamashita Okito、Kawato Mitsuo、Imamizu Hiroshi
    • 雑誌名

      Scientific Data

      巻: 8 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41597-021-01004-8

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Natural and Artificial Intelligence: A brief introduction to the interplay between AI and neuroscience research2021

    • 著者名/発表者名
      Macpherson Tom、Churchland Anne、Sejnowski Terry、DiCarlo James、Kamitani Yukiyasu、Takahashi Hidehiko、Hikida Takatoshi
    • 雑誌名

      Neural Networks

      巻: 144 ページ: 603~613

    • DOI

      10.1016/j.neunet.2021.09.018

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Three-Dimensional Convolutional Autoencoder Extracts Features of Structural Brain Images With a “Diagnostic Label-Free” Approach: Application to Schizophrenia Datasets2021

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Hiroyuki、Hashimoto Yuki、Sugihara Genichi、Miyata Jun、Murai Toshiya、Takahashi Hidehiko、Honda Manabu、Hishimoto Akitoyo、Yamashita Yuichi
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: 15 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fnins.2021.652987

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Common Brain Networks Between Major Depressive-Disorder Diagnosis and Symptoms of Depression That Are Validated for Independent Cohorts2021

    • 著者名/発表者名
      Yamashita Ayumu、et al 、Itahashi Takashi、Hashimoto Ryuichiro、Mizuta Hiroto、Ichikawa Naho、Takamura Masahiro、Okada Go、Yamagata Hirotaka、Harada Kenichiro、Matsuo Koji、Tanaka Saori C.、Kawato Mitsuo、Kasai Kiyoto、Kato Nobumasa、Takahashi Hidehiko、Okamoto Yasumasa、Yamashita Okito、Imamizu Hiroshi
    • 雑誌名

      Frontiers in Psychiatry

      巻: 12 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fpsyt.2021.667881

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 脳画像から統合失調症の早期死亡を考える2021

    • 著者名/発表者名
      髙橋 英彦
    • 学会等名
      第43回 日本生物学的精神医学会
    • 招待講演
  • [学会発表] AI技術を用いたニューロフィードバックの精神疾患への応用2021

    • 著者名/発表者名
      髙橋 英彦
    • 学会等名
      第6回 CEPD研究会
    • 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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