マルチタスク深層学習を用いた脳MRI解析技術の精神・神経疾患への応用

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21K07593
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 大石 直也 京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (40526878)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: MRI / 脳 / 深層学習 / マルチタスク / 精神・神経疾患

研究実績の概要

非侵襲的脳画像法の代表である脳MRIは、ハード・ソフトウェアの進歩により精神・神経疾患の臨床・研究に大きく寄与してきた。申請者はこれまでに2つの問題を同時かつ相補的に学習することで精度向上を図るマルチタスク深層学習の手法を開発し、その臨床的有用性を明らかにしてきた。本研究の目的は、MRIの多岐にわたるシーケンス画像および課題に適したマルチタスク深層学習アルゴリズムを開発し、健常者および精神・神経疾患患者に適応することで各タスク精度の向上性を明らかにすることである。
2023年度では、昨年度開発した複数シーケンスのMRI画像（multiple 3D）を組み合わせたマルチタスク深層学習手法を前庭神経鞘腫患者に対する検証を新たに実施した。約60名の前庭神経鞘腫患者に対して、T1強調, T2強調, Gd-T1画像を組み合わせることで単一シーケンスと比べて腫瘍領域の同定精度が向上することを検証しえた。さらに、生成AIの基盤技術を応用することでT1強調画像からT2強調画像への画像-画像変換、あるいはノイズ除去などの精度が向上することも明らかにした。
また、精神・神経疾患において重要であることが示唆されているが微細なため従来の技術では同定困難であった手綱核の正確な同定技術を深層学習により成功し、責任著者として論文報告（Kyuragi et al., Biological Psychiatry: Global Open Science., in press）するなど複数の学術的成果を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Discrete prefrontal neuronal circuits determine repeated stress-induced behavioral phenotypes in male mice (2024)
  • 著者名/発表者名: Li H, Kawatake-Kuno A, Inaba H, Miyake Y, Itoh Y, Ueki T, Oishi N, Murai T, Suzuki T, *Uchida S
  • 雑誌名: Neuron 巻: S0896-6273 ページ: 00934-0
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2023.12.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sustained antidepressant effects of ketamine metabolite involve GABAergic inhibition-mediated molecular dynamics in anterior PVT glutamatergic neurons (2024)
  • 著者名/発表者名: Kawatake-Kuno A, Li H, Inaba H, Hikosaka M, Ishimori E, Ueki T, Gakun Y, Morishita H, Narumiya S, Oishi N, *Otsuki G, Murai T, *Uchida S
  • 雑誌名: Neuron 巻: S0896-6273 ページ: 00049-7
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2024.01.023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Validation of Wistar-Kyoto rats kept in solitary housing as an animal model for depression using voxel-based morphometry (2024)
  • 著者名/発表者名: *Yoshii T, *Oishi N, Sotozono Y, Watanabe A, Sakai Y, Yamada S, Matsuda K, Kido M, Ikoma K, Tanaka M, Narumoto J
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 14 ページ: 3601
  • DOI: 10.1038/s41598-024-53103-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Segmentation and volume estimation of habenula using deep-learning in patients with depression (2024)
  • 著者名/発表者名: Kyuragi Y, *Oishi N, Hatakoshi M, Hirano J, Noda T, Yoshihara Y, Ito Y, Igarashi H, Miyata J, Takahashi K, Kamiya K, Matsumoto J, Okada T, Fushimi Y, Nakagome K, Mimura M, Murai T, *Suwa T
  • 雑誌名: Biological Psychiatry: Global Open Science 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1016/j.bpsgos.2024.100314
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] GPCR-mediated calcium and cAMP signaling acting on c-fos determines psychosocial stress susceptibility and resiliency (2023)
  • 著者名/発表者名: Inaba H, Li H, Kawatake-Kuno A, Dewa K, Nagai J, Oishi N, Murai T, *Uchida S
  • 雑誌名: Sci Adv. 巻: 9 ページ: eade5397
  • DOI: 10.1126/sciadv.ade5397
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Correlation between trait emotional intelligence and prefrontal activation during a verbal fluency task: A functional near-infrared spectroscopy study (2023)
  • 著者名/発表者名: Fukumoto T, Amitani H, Wada M, Oishi N, *Asakawa A
  • 雑誌名: Medicine 巻: 102 ページ: e34418
  • DOI: 10.1097/MD.0000000000034418
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Voxel-based clustered imaging by multiparameter diffusion tensor images for predicting the grade and proliferative activity of meningioma. Brain and Behavior (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Y, *Oishi N, Yamao Y, Kunieda T, Kikuchi T, Fukuyama H, Miyamoto S, Arakawa Y
  • 雑誌名: Brain and Behavior 巻: e3201 ページ: e3201
  • DOI: 10.1002/brb3.3201
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Efficacy and safety of cilostazol in mild cognitive impairment: a randomized clinical trial (2023)
  • 著者名/発表者名: Saito S, Oishi N, et al (他35名、25番目）
  • 雑誌名: JAMA Network Open 巻: 6 ページ: e2344938
  • DOI: 10.1001/jamanetworkopen.2023.44938
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Differences in the functional connectivity of large-scale brain networks between young adults with subclinical attention-deficit/hyperactivity and autistic traits (2023)
  • 著者名/発表者名: Hirata R, Yoshimura S, Kobayashi K, Aki M, Shibata M, Ueno T, Miyagi T, Oishi N, Murai T, *Fujiwara H
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: 19724
  • DOI: 10.1038/s41598-023-47034-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 微小脳構造を核とした安静時機能結合MRI (2024)
  • 著者名/発表者名: 大石 直也
  • 学会等名: 第26回日本ヒト脳機能マッピング学会
  • 招待講演