ゲノム・オミックスデータ解析の安定化のための統計的方法論

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25280008
• 研究機関: 統計数理研究所
• 研究代表者: 江口 真透 統計数理研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 教授 (10168776)
• 研究分担者: 松浦 正明 帝京大学, 公私立大学の部局等, 教授 (40173794) ; 松井 茂之 名古屋大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (80305854) ; 小森 理 福井大学, 工学(系)研究科(研究院), その他 (60586379) ; 間野 修平 統計数理研究所, 数理・推論研究系, 准教授 (20372948) ; 野間 久史 統計数理研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 准教授 (70633486)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 遺伝子発現 / クラスター / 乳がんデータ / ベキエントロピー / ゲノムワイド探索

研究実績の概要

ゲノム・オミックスデータ解析について安定化のための統計的方法論の開発に努めてきた。特にオミックスデータに基づく表現型の予測問題についてその安定性について追及し、疾病関連マーカーの再現性が高い探索法をU統計量などサブサンプリングの方法を使った提案を論文発表した。この方法はランキングをサブサンプリング毎に多重に計算して平均化するものである。これによってある程度の改善は達成できたが、依然として完全な解決が得られたという状況にない。このランキングに基づいた表現型予測を準線形予測子を援用して安定した性能を持たせる方法の開発に向かっている。この準線形スコア―とは複数の線形スコアーを非線形に結合する方法である。これはオミクスデータに内在する異型性を自然に対応させた複数個の線形予測子を非線形に結合する方法である。このモデルは汎用性が高く一般化線形モデルの枠組みで適用可能であり、さらにコックスの比例ハザードモデルも準線形の形に拡張が考えられるので、統計モデルの一般的な考察の中でも展開することを計画中である。この非線形結合はニューラルネットワークにおける活性化関数の役割と符合する。特に対数指数関数の逆温度をを無限大にとるとディープラーニングにおけるMaxoutニューラルネットと密接な関係が見つかった。また疎性正則化によるマーカー選択も同時にできる形でアルゴリズムが出来上がっている。基本的な問題はほぼ解決しているので、さらに実用性に重点をおいた開発を完結させたい。

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

現時点において、従来の特徴量を線形に結合する線形スコア―の限界を超えるために準線形スコア―に拡張に一定の成果が得られた。典型的なつなぎ方は全てのマーカー値の中から特に高い値のマーカー値のみを採用し，相対的に低い値のマーカー値は無視するようなつなぎ方となっている．この準線形スコア―を使ってゲノム・オミックス研究のデータについて総合的な立場から検証する方法を検討した。準線形性の研究は始めたばかりなので、未だ明らかにされてない点多く，この非線形性の特徴をつかむことが急務となっていたが、ディープラーニングとの関連性から糸口が見つかりつつある。特にこの準線形性の持つ数理的な特徴づけについて6月13日から17日まで開催されるチェコで開催された国際会議「Information Geometry and its Applications IV」で招待講演を行った．

今後の研究の推進方策

これまでゲノム研究やオミックス研究において各々の観測で帰結された結論を統合するための方法論の開発を目指してきた。この統計解析の困難さの主要な原因はサンプル分布の極端な異型性の問題にあり、再現性を高めた遺伝子ランキングの方法を発表している。この内容でオミクスデータに内在する異型性について焦点を当て、異形成を素直に反映した非線形予測の方法の開発を更に進めていきたい．この準線形予測子によって表現型の予測の安定化の最終的な解決を目指したい．予測性能の再現性を高める方法論の開発に重点を置いていきたが、これまでに得られた成果を活発に展開させて予測問題に限らない新たな観点から新しい方向の提言を行っていきたい。新しい形式のデータ、例えば拡散テンソルデータなどにも着目して、これまでの方法論の成果の拡大を図りたい。

次年度使用額が生じた理由

旅費

次年度使用額の使用計画

旅費

研究成果

• [雑誌論文] Multi-subgroup gene screening using semi-parametric hierarchical (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsui S, Noma H, Qu P, Yoshio Sakai, Matsui K, Heuck C, Crowley J.
  • 雑誌名: Biometrics 巻: - ページ: -
  • DOI: In press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Personalized dynamic prediction of death according to tumour progression (2017)
  • 著者名/発表者名: Emura T, Nakatochi M, Matsui S, Michimae H, Rondeau V.
  • 雑誌名: Statistical Methods in Medical Research 巻: In press ページ: -
  • DOI: 10.1177/0962280216688032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Confounding effects of microbiome on the susceptibility of (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakagome S, Chinen H, Iraha A, Hokama A, Takeyama Y, Sakisaka S,
  • 雑誌名: Human Genetics 巻: in press ページ: -
  • DOI: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extreme sizes in the Gibbs-type exchangeable random (2017)
  • 著者名/発表者名: Mano, S.
  • 雑誌名: Annals of Institute of Statistical Mathematics 巻: 69 ページ: 1-37
  • DOI: 10.1007/s10463-015-0530-
  • 査読あり
• [雑誌論文] An efficient and flexible test for rare variant effects. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sugasawa, S., Noma, H., Otani, T., Nishino, J. and Matsui, S.
  • 雑誌名: European Journal of Human Genetics 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1038/ejhg.2017.43
  • 査読あり
• [雑誌論文] Risk assessment of radioisotope contamination for aquatic living resources in and around Japan (2016)
  • 著者名/発表者名: Okamura, H., Ikeda, S., Morita, T. and Eguchi, S.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: - ページ: 3838-3843
  • DOI: 10.1073/pnas.1519792113
  • 査読あり
• [雑誌論文] An asymmetric logistic regression model for ecological data (2016)
  • 著者名/発表者名: Komori, O., Eguchi, S., Ikeda, S., Okamura, H., Ichinokawa, M. and Nakayama, S.
  • 雑誌名: Methods in Ecology and Evolution 巻: 7(2) ページ: 249-260
  • DOI: 10.1111/2041-210X.12473
  • 査読あり
• [雑誌論文] Robust estimation of location and concentration parameters for the von Mises-Fisher distribution (2016)
  • 著者名/発表者名: Kato, S. and Eguchi, S.
  • 雑誌名: Statistical Papers 巻: 57 ページ: 205-234
  • DOI: 10.1007/s00362-014-0648-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reproducible detection of disease-associated markers from gene expression data (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Omae, O. Komori and S.Eguchi
  • 雑誌名: BMC Medical Genomics 巻: 9(53) ページ: -
  • DOI: 10.1186/s12920-016-0214-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Robust Clustering Method in the Presence of Scattered Observations (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Notsu and S. Eguchi
  • 雑誌名: Neural Computation 巻: 28(6) ページ: 1141-1162
  • DOI: 10.1162/NECO_a_00833
  • 査読あり
• [雑誌論文] CAST: a new score for early prediction of neurological outcomes after cardiac arrest before therapeutic hypothermia with high accuracy. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishikimi M, Matsuda N, Matsui K, Takahashi K, Ejima T, Liu K, Ogura T,
  • 雑誌名: Intensive Care Med. 巻: 42 ページ: 2106-2107
  • DOI: 10.1007/s00134-016-4492-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] A note on the Mantel-Haenszel estimators when the common effect assumptions are violated. (2016)
  • 著者名/発表者名: Noma, H. and Nagashima, K
  • 雑誌名: Epidemiologic Methods 巻: 5 ページ: 19-35
  • DOI: 10.1038/ejhg.2017.43
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clinical and microarray analysis of breast cancers of all subtypes from two prospective preoperative chemotherapy studies. (2016)
  • 著者名/発表者名: Okuma, H., Koizumi, F., Hirakawa, A., Nakatochi, M., Komori, O., Hashimoto,J., Kodaira, M., Yunokawa, M., Yamamoto, H.,Yonemori, K., Shimizu, C.,Fujiwara, Y. and Tamura, K.
  • 雑誌名: British Journal of Cancer 巻: 115 ページ: 411-419
  • DOI: 10.1038/bjc.2016.184
  • 査読あり
• [学会発表] Robustified asymmetric logistic regression model for global fish stock assessment (2017)
  • 著者名/発表者名: Komori, O., Eguchi, S., Hiroshi, O., Ichinokawa, M.
  • 学会等名: CFAS 2017:International Conference on Fisheries and Aquatic Sciences
  • 発表場所: Patong Beach Hotel, Thailand
  • 年月日: 2017-03-06 – 2017-03-07
  • 国際学会
• [学会発表] Two paradigms in statistical prediction (2017)
  • 著者名/発表者名: S.Euchi
  • 学会等名: The International Conference on Bioinformatics and Biostatistics for Agriculture Health and Environment
  • 発表場所: University of Rajshahi in Bangladesh
  • 年月日: 2017-01-20 – 2017-01-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Asymmetric logistic regression model (2017)
  • 著者名/発表者名: Komori, O.
  • 学会等名: The International Conference on Bioinformatics and Biostatistics for Agriculture Health and Environment,
  • 発表場所: University of Rajshahi in Bangladesh
  • 年月日: 2017-01-20 – 2017-01-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The optimal discovery procedure: A generalization of the Neyman-Pearson fundamental lemma to multiple significance testing. (2016)
  • 著者名/発表者名: 野間久史
  • 学会等名: 統計談話会第54回大会
  • 発表場所: 富士通大分システムラボラトリ
  • 年月日: 2016-10-13 – 2016-10-14
• [学会発表] 分布の異質性を考慮した判別手法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小森理
  • 学会等名: 統計関連学会連合大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2016-09-04 – 2016-09-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cancer outlier analysis based on a nested (2016)
  • 著者名/発表者名: Oura T, Matsui K, Matsui S.
  • 学会等名: XXVIIIth International Biometric Conference
  • 発表場所: Victoria Convention Centre, Victoria, Canada
  • 年月日: 2016-07-10 – 2016-07-15
  • 国際学会
• [学会発表] Information Geometry associated with two generalized means (2016)
  • 著者名/発表者名: S.Euchi
  • 学会等名: Information Geometry and its applications IV
  • 発表場所: Liblice, Czech Republic
  • 年月日: 2016-06-12 – 2016-06-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A simple mixture model for probability density estimation based on a quasi divergence (poster) (2016)
  • 著者名/発表者名: Komori, O. and Eguchi, S
  • 学会等名: Information Geometry and its applications IV
  • 発表場所: Liblice, Czech Republic
  • 年月日: 2016-06-12 – 2016-06-17
  • 国際学会
• [学会発表] Information geometry associated with two generalized means (2016)
  • 著者名/発表者名: Eguchi, S., Komori, O. and Ohara, A.
  • 学会等名: Information Geometry and its applications IV
  • 発表場所: Liblice, Czech Republic
  • 年月日: 2016-06-12 – 2016-06-17
  • 国際学会
• [図書] Spontaneous Learning for Data Distributions via Minimum Divergence (2017)
  • 著者名/発表者名: Eguchi, S., A. Notsu, O. Komori
  • 総ページ数: 299
  • 出版者: Springer International Publishing