• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2023 年度 実施状況報告書

興奮性・抑制性ニューロン比率の最適性原理に基づく精神疾患発症メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 22K18419
研究機関東京理科大学

研究代表者

池口 徹  東京理科大学, 工学部情報工学科, 教授 (30222863)

研究分担者 藤原 寛太郎  東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任准教授 (00557704)
岡田 直大  東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任准教授 (40797122)
島田 裕  埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (50734414)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2026-03-31
キーワード脳神経系 / 時空間学習則 / スパイクタイミング依存学習 / 脳機能画像データ / 学習 / 認知機能 / テンポラル・ネットワーク / グラフ間距離
研究実績の概要

本年度の実績としては,以下の4項目に大別できる.
(1) 時空間学習則 (STLR) に関して時間履歴がある場合とない場合について,パターン分離能力を評価指標として調査を行った.その際,ヘブ則との比較も行うことで検討した.数値実験の結果,時間履歴がある時空間学習則において最も性能が良いことが確認された.また,興奮性結合と抑制性結合を導入することでモデルを拡張し,STLRの特性・性能がどのように変化するのかということについても解析を行った.さらに,学習則として拡張版のSTLRを導入することで性能解析を実施した.さらに,機械学習との関係から,リザバーネットワークにおける学習則に関する調査を行うための基礎実験を実施することで,STLRへの対応について検討を行った.
(2) 精神疾患患者および健常者より安静時脳機能画像データを取得した.安静時脳機能画像データをプロセシングし数値化したデータと臨床情報データを,研究代表者および他の研究分担者に提供した.
(3) 脳神経系の学習と認知機能の数理モデル構築を進めた.また,リザバー系を用いた機械学習と脳機能との関係を調査した.
(4) 脳機能データのネットワーク解析への応用を念頭に,テンポラル・ネットワーク構造の予測手法に重要なグラフ間距離の性質を調査した.具体的には,テンポラル・ネットワークの時間発展の力学的性質をどの程度捉えることができるかという観点から,種々のグラフ間距離を評価し,その特性を明らかにした.

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

・時空間学習則に関しては,その基本的な性能についての調査を行い結果が順調に得られている.また,現在得られた内容を原著論文とするために原稿を作成している.
・脳・神経系の数理モデルの構築については順調に進んでおり、その過程で機械学習アルゴリズムや非線形数理解析の理論研究,膵β細胞などへの応用研究に関する成果を得ており概ね順調に進展している.
・fMRIデータに関しては,データ取得・データ共有を進めることができ,こちらも概ね順調に進展していると評価できる.

今後の研究の推進方策

・2023年度に続いて,時空間学習則についての検討を行う.その際,離散時間モデルについては,これまでの形式ニューロンモデルのみならず,不応性が含まれたモデルを用いることで解析を行う.具体的には,南雲・佐藤ニューロンモデル,カオスニューロンモデルによる解析を実施する.また,離散時間モデルのみならず連続時間モデルも導入することで学習則の特徴・性能に関する調査をおこなす.
・上記に加え,脳・神経系の数理モデル研究を進めることで,精神疾患発症メカニズムとの関連を調査する.
・さらに,精神疾患患者および健常者より安静時脳機能画像データの取得を継続する.また,安静時脳機能画像データのプロセシングも継続する.

次年度使用額が生じた理由

当初予定していた学会発表等よりも,数理モデル解析,データ取得,データ解析を優先させることにし,これらの予算を次年度使用としたため.

  • 研究成果

    (42件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 3件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (28件) (うち国際学会 12件)

  • [雑誌論文] Hippocampal Structures Among Japanese Adolescents Before and After the COVID-19 Pandemic.2024

    • 著者名/発表者名
      L. Cai,N. Maikusa,Y. Zhu,A. Nishida,S. Ando,N. Okada,K. Kasai,Y. Nakamura and S. Koike
    • 雑誌名

      JAMA Netw Open.

      巻: 7 ページ: e2355292

    • DOI

      10.1001/jamanetworkopen.2023.55292

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Longitudinal trajectories of anterior cingulate glutamate and subclinical psychotic experiences in early adolescence: the impact of bullying victimization.2024

    • 著者名/発表者名
      N. Okada,N. Yahata,D. Koshiyama,K. Morita,K. Sawada,S. Kanata,S. Fujikawa,N. Sugimoto,R. Toriyama,M. Masaoka,S. Koike,T. Araki,Y. Kano,K. Endo,S. Yamasaki,S. Ando,A. Nishida,M. Hiraiwa-Hasegawa,R. A. E. Edden,A. Sawa and K. Kasai
    • 雑誌名

      Mol Psychiatry

      巻: Online ahead of print ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41380-023-02382-8

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Cortical white matter microstructural alterations underlying the impaired gamma-band auditory steady-state response in schizophrenia.2024

    • 著者名/発表者名
      D. Koshiyama, R. Nishimura, K. Usui, M. Fujioka, M. Tada, K. Kirihara, T. Araki, S. Kawakami, N. Okada, S. Koike, H. Yamasue, O. Abe and K. Kasai
    • 雑誌名

      Schizophrenia (Heidelb).

      巻: 10 ページ: 32

    • DOI

      10.1038/s41537-024-00454-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Central emotions and hubs in a colexification network2023

    • 著者名/発表者名
      M. Fukuya, T. Matsumoto, Y. Shimada and T. Ikeguchi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 ページ: 21823

    • DOI

      10.1038/s41598-023-48922-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis on responses of chaotic Izhikevich neurons to periodic forcing2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsukamoto,H. Tsushima and T. Ikeguchi
    • 雑誌名

      Nonlinear Theory and its Appilcations

      巻: 14 ページ: 677ー690

    • DOI

      10.1587/nolta.14.677

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rich spike patterns from a periodically forced Izhikevich neuron model2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsukamoto,H. Tsushima and T. Ikeguchi
    • 雑誌名

      Nonlinear Theory and its Appilcations

      巻: 14 ページ: 215ー227

    • DOI

      10.1587/nolta.14.215

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Subcortical volumetric alterations in four major psychiatric disorders: a mega-analysis study of 5604 subjects and a volumetric data-driven approach for classification.2023

    • 著者名/発表者名
      N. Okada,et al.
    • 雑誌名

      Mol Psychiatry.

      巻: 28 ページ: 5206-5216

    • DOI

      10.1038/s41380-023-02141-9

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Cerebral cortical structural alteration patterns across four major psychiatric disorders in 5549 individuals.2023

    • 著者名/発表者名
      J. Matsumoto,M. Fukunaga,K. Miura,K. Nemoto K,N. Okada, et al.
    • 雑誌名

      Mol Psychiatry

      巻: 28 ページ: 4915-4923

    • DOI

      10.1038/s41380-023-02224-7

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Aberrant Large-Scale Network Interactions Across Psychiatric Disorders Revealed by Large-Sample Multi-Site Resting-State Functional Magnetic Resonance Imaging Datasets.2023

    • 著者名/発表者名
      T. Ishida,Y. Nakamura,S. C. Tanaka,Y. Mitsuyama,S. Yokoyama,H. Shinzato,E. Itai,G. Okada,Y. Kobayashi,T. Kawashima,J. Miyata,Y. Yoshihara,H. Takahashi,S. Morita,S. Kawakami,O. Abe,N. Okada,et al.
    • 雑誌名

      Schizophr Bull.

      巻: 49 ページ: 933-943

    • DOI

      10.1093/schbul/sbad022

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Distinctive alterations in the mesocorticolimbic circuits in various psychiatric disorders.2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakamura,T. Ishida,S. C. Tanaka,Y. Mitsuyama,S. Yokoyama,H. Shinzato,E. Itai,G. Okada,Y. Kobayashi,T. Kawashima,J. Miyata,Y. Yoshihara,H. Takahashi,R. Aoki,M. Nakamura,H. Ota,T. Itahashi,S. Morita,S. Kawakami,O. Abe,N. Okada,et al.
    • 雑誌名

      Psychiatry Clin Neurosci.

      巻: 77 ページ: 345-354

    • DOI

      10.1111/pcn.13542

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Functional improvement in β cell models of type 2 diabetes using on-demand feedback control2023

    • 著者名/発表者名
      K. Koyama,K. Fujiwara and H. Ando
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 13 ページ: 45317

    • DOI

      10.1063/5.0124625

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An Echo State Network-Based Method for Identity Recognition with Continuous Blood Pressure Data2023

    • 著者名/発表者名
      L. Ziqiang,K. Fujiwara and G. Tanaka
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: 14257 ページ: 13-25

    • DOI

      10.1007/978-3-031-44216-2_2

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical Graph Echo State Networks with Snapshot Merging for Spreading Process Classification2023

    • 著者名/発表者名
      L. Ziqiang,K. Fujiwara and G. Tanaka
    • 雑誌名

      Communications in Computer and Information Science

      巻: 1964 ページ: 523-534

    • DOI

      10.1007/978-981-99-8141-0_39

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 未病データベースの基礎設計2023

    • 著者名/発表者名
      藤原寛太郎
    • 雑誌名

      生体の科学

      巻: 74 ページ: 158-162

    • DOI

      10.11477/mf.2425201663

  • [学会発表] Nonlinear dynamics of temporal network2024

    • 著者名/発表者名
      K. Sawada and T. Ikeguchi
    • 学会等名
      US Dynamics Days 2024
    • 国際学会
  • [学会発表] Hebb則と時空間学習則のパターン分離能力の比較2024

    • 著者名/発表者名
      塚本陽太,塚田啓道,塚田 稔,池口 徹
    • 学会等名
      2024年電子情報通信学会 総合大会
  • [学会発表] スパイク列の発火率差が因果性検出に与える影響2024

    • 著者名/発表者名
      澤田和弥,島田 裕,池口 徹
    • 学会等名
      2024年電子情報通信学会 総合大会
  • [学会発表] 公職選挙ポスター掲示問題における初期解構築法の性能比較2024

    • 著者名/発表者名
      郭 豊ガイ,松浦 隆文,木村 貴幸,池口 徹
    • 学会等名
      2024年電子情報通信学会 総合大会
  • [学会発表] Neural Architecture Search for multi-reservoir system: An application study of emotion recognition2024

    • 著者名/発表者名
      Anubhav and K. Fujiwara
    • 学会等名
      脳と心のメカニズム冬のワークショップ2023
  • [学会発表] 一人称視点動画の特性に着目した効率的な活動分類モデルの設計2024

    • 著者名/発表者名
      馬場浩平,藤原寛太郎,田中剛平
    • 学会等名
      電子情報通信学会 非線形問題研究会
  • [学会発表] パーシステントホモロジー次元を用いた時系列の非線形性検定2024

    • 著者名/発表者名
      山田泰輝,藤原寛太郎
    • 学会等名
      応用数理学会 研究部会連合発表会
  • [学会発表] リザバー状態のマハラノビス距離を用いた時系列情報処理2024

    • 著者名/発表者名
      田村浩人,藤原寛太郎,合原一幸,田中剛平
    • 学会等名
      数学と諸分野の連携に向けた若手数学者交流会2024
  • [学会発表] Evolving multi-reservoir network for understanding emotions2024

    • 著者名/発表者名
      Anubhav and K. Fujiwara
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Science and Medicine (ISNSM2024)
    • 国際学会
  • [学会発表] Temporal information processing using Mahalanobis distance of reservoir states2024

    • 著者名/発表者名
      H. Tamura,K. Fujiwara,G. Tanaka and Kazuyuki Aihara
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Science and Medicine (ISNSM2024)
    • 国際学会
  • [学会発表] Importance of Time Limit Constraint for Multiple-Vehicle Bike Sharing System Routing Problem2023

    • 著者名/発表者名
      H. Tsushima,T. Matsuura and Tohru Ikeguchi
    • 学会等名
      2023 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
    • 国際学会
  • [学会発表] A Study on Two-Objective Posting Poster Problem for Public Office Election2023

    • 著者名/発表者名
      F. Guo,H. Tsushima,T. Matsuura,T. Kimura and T. Ikeguchi
    • 学会等名
      2023 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
    • 国際学会
  • [学会発表] Colexification networkを用いた語族比較2023

    • 著者名/発表者名
      福家 水月,松本 朋子,島田 裕,池口 徹
    • 学会等名
      2023年電子情報通信学会NOLTAソサイエティ大会
  • [学会発表] 二つの目的を考慮した公職選挙ポスター掲示問題に対する発見的解法の開発2023

    • 著者名/発表者名
      郭 豊ガイ,對馬 帆南,松浦 隆文,木村 貴幸,池口 徹
    • 学会等名
      2023年電子情報通信学会NOLTAソサイエティ大会
  • [学会発表] エコーステートネットワークにおけるリザバー層のダイナミクス2023

    • 著者名/発表者名
      吉田 しおん,池口 徹
    • 学会等名
      電子情報通信学会NOLTAソサエティ非線形問題研究会
  • [学会発表] てんかん患者の脳波データに対する再帰定量化解析2023

    • 著者名/発表者名
      関口 真音,池口 徹
    • 学会等名
      電子情報通信学会NOLTAソサエティ非線形問題研究会
  • [学会発表] マーク付点過程に対する因果性検出手法の一検討2023

    • 著者名/発表者名
      澤田和弥,島田 裕,池口 徹
    • 学会等名
      2023年電子情報通信学会 ソサイエティ大会
  • [学会発表] カオス応答を呈するIzhikevichニューロンに正弦波入力を印加した場合の応答解2023

    • 著者名/発表者名
      塚本陽太,對馬帆南,池口徹
    • 学会等名
      2023年電子情報通信学会 ソサイエティ大会
  • [学会発表] Molecular Aging in Schizophrenia and Its Effect on Brain Structure.2023

    • 著者名/発表者名
      N. Okada,T. Ikegame and K. Kasai
    • 学会等名
      The 2023 Society of Biological Psychiatry Annual Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Brain Metabolic Substrates of Subclinical Psychotic Experiences in Early Adolescence.2023

    • 著者名/発表者名
      N. Okada,A. Nishida A and K. Kasai
    • 学会等名
      The 2023 Congress of the Schizophrenia International Research Society
    • 国際学会
  • [学会発表] Cortical structural mega-analysis across four major psychiatric disorders in 5432 individuals.2023

    • 著者名/発表者名
      J. Matsumoto,M. Fukunaga,K. Miura,K. Nemoto,N. Okada,et al.
    • 学会等名
      第119回日本精神神経学会
  • [学会発表] Topological Inference of State Space as Effective Goal of Dynamics Learning2023

    • 著者名/発表者名
      T. Yamada and K. Fujiwara
    • 学会等名
      International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications (NOLTA2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] An Echo State Network-Based Method for Identity Recognition with Continuous Blood Pressure Data2023

    • 著者名/発表者名
      L. Ziqiang,K. Fujiwara and G. Tanaka
    • 学会等名
      International Conference on Artificial Neural Networks (ICANN2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamical Graph Echo State Networks with Snapshot Merging for Dissemination Process Classification2023

    • 著者名/発表者名
      L. Ziqiang,K. Fujiwara and G. Tanaka
    • 学会等名
      International Conference on Neural Information Processing (ICONIP2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] リザバー状態のマハラノビス距離を用いた高効率時系列分類2023

    • 著者名/発表者名
      田村浩人,藤原寛太郎,合原一幸,田中剛平
    • 学会等名
      日本神経回路学会第33回全国大会(JNNS2023)
  • [学会発表] Identity Recognition with Bidirectional Echo State Networks from Continuous Blood Pressure Data2023

    • 著者名/発表者名
      L. Ziqiang,K. Fujiwara and G. Tanaka
    • 学会等名
      日本神経回路学会第33回全国大会(JNNS2023)
  • [学会発表] Effect of graph distances on recurrence quantification analysis of temporal networks2023

    • 著者名/発表者名
      D. Igari and Y. Shimada
    • 学会等名
      The 10th International Symposium on Recurrence Plots
    • 国際学会
  • [学会発表] An investigation of the relationship between homophily and friendship paradox in networks from the perspective of perception biases2023

    • 著者名/発表者名
      K. Kato and Y. Shimada
    • 学会等名
      2024 RISP International Workshop on Nonlinear Circuits,Communications and Signal Processing
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi