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2021 年度 実施状況報告書

グラフ匿名化による大規模個人ゲノムデータベースの安全で効率的な検索技術の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 20K21827
研究機関東京大学

研究代表者

渋谷 哲朗  東京大学, 医科学研究所, 教授 (60396893)

研究期間 (年度) 2020-07-30 – 2023-03-31
キーワードアルゴリズム理論 / 個人ゲノム / プライバシー / 検索技術 / グラフ理論
研究実績の概要

ゲノム研究は善意の提供者個人の究極の個人データを用いて行う研究であるが、多くのデータ提供者は提供データを最大限活用して最大限の成果を上げることを希望している。本研究の目的は大規模個人ゲノムデータに対し、究極の個人情報ともいわれるゲノムデータの倫理的特性に合致した安全かつ効率的な検索・解析手法を実現することである。その実現のために、様々なデータを複雑に表現できるグラフ構造を活用し、必要なデータを保持しつつ匿名化を行うグラフ匿名化とよぶ手法の確立をめざしている。特に複数ゲノムをコンパクトに表現する技術として、ゲノムグラフとよばれる技術があり、このゲノムグラフを拡張することによってこれらを実現するとともに、匿名化データに対する検索・解析技術の開発も行っていくことをめざしている。本年度は、前年度に引き続き、、ゲノムグラフの新たな効率的表現をグラフ理論を活用して圧縮表現する技術の研究を行い、新たな技術開発に成功した。また、データベース公開の際のプライバシー保護技術として、χ2統計量やコクラン・アーミテージ統計量などゲノムワイド関連解析における多くの基盤的統計値に対し差分プライバシーを活用したゲノム統計値公開手法を開発することに成功した。またTDT統計量の公開を高速に計算する手法の開発にも成功した。また、それらの統計値から上位のものを公開する際のより高精度な公開手法の開発にも成功した。また、医療情報からグラフ情報を抽出する技術として重要な支援言語技術の開発も進めた。今後はこれらの技術を統合し、実際のグラフ匿名化技術の開発に向けてさらに研究を進めていく。

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

グラフ理論を活用した個人ゲノムデータ表現法の開発・実装に成功した。また、グラフ情報の公開の際に必要となるプライバシー保護技術についても開発・実装に成功している。また、関連して、グラフ匿名化の実現の関連基盤技術となりえる自然言語処理技術、wear leveling技術などの開発にも成功した。

今後の研究の推進方策

これまでに成功したゲノムグラフの新たな効率的表現をグラフ理論を活用して圧縮表現する技術および、差分プライバシーを活用したゲノム統計値公開手法を活用し、実際のデータのグラフ匿名化技法の開発を狙っていく。それと同時に、それらの技術とあわせて実際の個人ゲノムのプライバシー保護を強化することができる新たな技術の開発に引き続き取り組んでいく。また、ゲノム情報だけではなく、カルテ情報など異なる構造を持つデータの匿名化に関しても研究を進める。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウィルスによる研究環境の激変により、予定していた学会参加、研究打ち合わせなどがキャンセルとなり旅費の支出がなくなったこと、また研究遂行方法の環境への適応のため、物品購入も次年度へと伸ばすなどしたため、今年度の支出が予定よりも少なくなった。最終年度はコロナの状況に応じて柔軟に研究活動を進めていき、物品購入、人件費等を適切に使用する予定である。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] Bogazici University(トルコ)

    • 国名
      トルコ
    • 外国機関名
      Bogazici University
  • [雑誌論文] Efficient Differentially Private Methods for a Transmission Disequilibrium Test in Genome Wide Association Studies2022

    • 著者名/発表者名
      Akito Yamamoto, Tetsuo Shibuya
    • 雑誌名

      Pacific Symposium on Biocomputing

      巻: 27 ページ: 85-96

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Privacy-Preserving Statistical Analysis of Genomic Data using Compressive Mechanism with Haar Wavelet Transform2022

    • 著者名/発表者名
      Akito Yamamoto, Tetsuo Shibuya
    • 雑誌名

      RECOMB Privacy and Security Workshop

      巻: 1 ページ: in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Developing Language Resources and NLP Tools for the North Korean Language2022

    • 著者名/発表者名
      Arda Akdemir, Yeojoo Jeon and Tetsuo Shibuya
    • 雑誌名

      Conference on Language Resources and Evaluation

      巻: 13 ページ: in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] More practical differentially private publication of key statistics in GWAS2021

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Akito、Shibuya Tetsuo
    • 雑誌名

      Bioinformatics Advances

      巻: 1-1-vbab004 ページ: 1-10

    • DOI

      10.1093/bioadv/vbab004

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Compression of Multiple k-mer Sets by Iterative SPSS Decomposition2021

    • 著者名/発表者名
      Kazushi Kitaya and Tetsuo Shibuya
    • 雑誌名

      Proc. WABI 2021, Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs)

      巻: 201(12) ページ: 1-12

    • DOI

      10.4230/LIPIcs.WABI.2021.12

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Solving teleportation mazes with limited visibility2021

    • 著者名/発表者名
      Robert Barish and Tetsuo Shibuya
    • 雑誌名

      The 23rd Thailand-Japan Conference on Discrete and Computational Geometry, Graphs, and Games

      巻: 1 ページ: 110-111

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Differentially Private Linkage Analysis with TDT ? the case of two affected children per family2021

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Akito、Shibuya Tetsuo
    • 雑誌名

      IEEE International Conference on Bioinformatics and Biomedicine

      巻: 1 ページ: 765-770

    • DOI

      10.1109/bibm52615.2021.9669365

    • 査読あり
  • [雑誌論文] UDON: Unsupervised Data SelectiON for Biomedical Entity Recognition2021

    • 著者名/発表者名
      Akdemir Arda、Shibuya Tetsuo
    • 雑誌名

      Proc. 4th International Conference on Computing and Big Data

      巻: 1 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1145/3507524.3507525

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Comprehensive Analysis of Subword Contextual Embeddings for Languages with Rich Morphology2021

    • 著者名/発表者名
      Akdemir Arda、Shibuya Tetsuo、Gungur Tunga
    • 雑誌名

      Advances in Intelligent Systems and Computing

      巻: 1395 ページ: 31~72

    • DOI

      10.1007/978-981-16-3357-7_2

    • 査読あり
  • [学会発表] Efficient Differentially Private Methods for a Transmission Disequilibrium Test2021

    • 著者名/発表者名
      Akito Yamamoto, Tetsuo Shibuya
    • 学会等名
      第67回バイオ情報学研究会
  • [学会発表] UDON: Unsupervised Data SelectiON for Biomedical Entity Recognition2021

    • 著者名/発表者名
      Arda Akdemir, Tetsuo Shibuya
    • 学会等名
      The 27th East Asia Joint Symposium
    • 国際学会

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公開日: 2022-12-28  

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