JP2018118144A - 脳活動解析装置、脳活動解析方法およびバイオマーカー装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】健常群、患者群において測定された安静時機能結合的MRIのデータから、それぞれの被験者について、所定の脳領域間の活動度の相関行列80を導出する。被験者の疾患/健常ラベルを含む被験者の属性と相関行列80とについて正則化正準相関解析82により特徴抽出84が行われる。正則化正準相関解析の結果に基づいて、スパースロジスティク回帰による判別分析86により判別器88が生成される。
【選択図】図5
Description
生体内の生物学的変化を定量的に把握するため、生体情報を数値化・定量化した指標のことを「バイオマーカー」と呼ぶ。
たとえば、従来、神経症の一型である強迫性障害(Obsessive-Compulsive Disorder: OCD)に対しては、その治療法として、薬物療法および行動療法が知られている。薬物療法としては、たとえば、選択的セロトニン再取り込阻害薬が用いられ、行動療法としては、曝露法と反応妨害法を組み合わせた曝露反応妨害法などが知られている。
また、最近の研究では、安静時の脳も活発に活動していることがわかってきた。つまり、アクティブな活動中には鎮静化しており、休息時には活発に興奮する神経細胞群が脳内に存在する。解剖学的には左右の大脳が合わさった内側面が主な部位で、前頭葉内側面、後部帯状回、楔前部、頭頂連合野の後半部、中側頭回などである。この安静時の脳活動のベースラインを示す領域はデフォルトモードネットワーク(Default Mode Network;DMN)と名付けられ、ひとつのネットワークとして同期しながら活動する(非特許文献3を参照)。
一方で、近年、デコーディッドニューロフィードバック法(DecNef法)と呼ばれる新しいタイプのニューラルフィードバック法について報告がある(非特許文献4)。
このような核磁気共鳴画像法について、簡単に説明すると、以下のとおりである。
図1は、MRI装置10の全体構成を示す模式図である。
前頭前野腹内側部(VMPFC)
前帯状皮質(ACC)
小脳虫部、
左視床、
右下頭頂葉、
右尾状核、
右中後頭葉、
右中帯状皮質
ただし、採用する脳の領野は、このような領域に限定されるものではない。
(93×93−93)/2=4278(個)
ということになる。なお、図4では、図の上では、相関は34×34のみを示している。
図11は、以上のようにして生成されたバイオマーカーの検証手続きを示す概念図である。
なお、以上の説明では、SCCAでの基準変数において、疾患・健常ラベルは、1つの疾患に関するものであった。
Claims (19)
- 複数の被験者の各々の脳内の複数の所定領域における安静時の脳活動を示す信号を脳活動検知装置により時系列で予め測定した信号から判別器を生成するための判別器生成手段を備え、前記判別器生成手段は、前記複数の所定領域における脳活動の間の複数の相関と、被験者個人の複数種類の属性及び前記脳活動検知装置での測定条件を含む属性情報とに対して、前記複数の被験者について共通する縮約表現を抽出し、抽出された縮約表現に対して、前記被験者個人の前記複数種類の属性のうちの特定の属性に関する判別器を生成し、
前記判別器を特定するための情報を記憶するための記憶装置と、
演算装置とを備え、前記演算装置は、
前記記憶装置に記憶された情報により特定される判別器に基づいて、入力データに対して判別処理を行う、ように構成される、脳活動解析装置。 - 前記特定の属性は、疾患の判別ラベルである、請求項1記載の脳活動解析装置。
- 前記被験者個人の属性は、当該被験者へ投与された薬物のラベルを含む、請求項2記載の脳活動解析装置。
- 前記脳活動検知装置は、それぞれ異なる場所に設置された、複数の脳活動測定装置を含み、
前記脳活動検知装置での測定条件は、前記場所の情報を含み、
前記判別器生成手段は、
前記複数の脳活動測定装置の測定条件および前記複数の被験者個人の属性について共通する前記縮約表現を、前記複数の所定領域における脳活動の相関関係から変数選択により抽出する抽出手段を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の脳活動解析装置。 - 前記判別器生成手段は、
前記抽出された縮約表現について、さらに変数選択を行う回帰により、前記判別器を生成する回帰手段を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の脳活動解析装置。 - 前記抽出手段は、前記脳活動検知装置により検知された信号から、前記複数の所定領域間の活動の相関行列を算出し、前記属性情報と前記相関行列の非対角成分との間で正則化正準相関解析を実行して前記縮約表現を抽出するための相関解析手段を含む、請求項4記載の脳活動解析装置。
- 前記判別器生成手段は、
前記複数の脳活動測定装置の測定条件および前記複数の被験者個人の属性について共通する前記縮約表現を、前記複数の所定領域における脳活動の相関関係から変数選択により抽出する抽出手段と、
前記抽出された縮約表現について、さらに変数選択を行う回帰により、前記判別器を生成する回帰手段とを含み、
前記抽出手段は、前記脳活動検知装置により検知された信号から、前記複数の所定領域間の活動の相関行列を算出し、前記属性情報と前記相関行列の非対角成分との間で正則化正準相関解析を実行して前記縮約表現を抽出するための相関解析手段を含み、
前記回帰手段は、
前記正則化正準相関解析の結果と前記被験者個人の属性とについて、スパースロジスティック回帰により判別器を生成する回帰分析手段を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の脳活動解析装置。 - 前記複数の脳活動測定装置は、脳機能画像法により脳活動を時系列に計測するための装置である、請求項4記載の脳活動解析装置。
- 前記判別処理は、前記入力データに対応する被験者の神経・精神疾患に対する疾患または健常を示す疾患の判別ラベルの判別である、請求項2記載の脳活動解析装置。
- 前記属性情報は、前記被験者個人についての神経・精神疾患に対する疾患または健常を示す疾患の判別ラベルと、前記被験者の個人の性質を表すラベルと、前記脳活動検知装置による測定を特徴づける測定条件の情報とを含み、
前記判別処理は、前記入力データに対応する被験者の神経・精神疾患に対する疾患または健常を示す疾患の判別ラベルの判別である、請求項4記載の脳活動解析装置。 - 前記正則化正準相関解析は、L1正則化による正準相関解析である、請求項6記載の脳活動解析装置。
- 前記脳活動測定装置は、安静時機能結合的核磁気共鳴映像を撮像する、請求項8記載の脳活動解析装置。
- 演算装置と記憶装置とを備えるコンピュータが脳活動の解析を行うための脳活動解析方法であって、
複数の被験者の各々の脳内の複数の所定領域における安静時の脳活動を示す信号を脳活動検知装置により時系列で予め測定した信号から判別器を生成するステップを備え、
前記判別器を生成するステップは、前記複数の所定領域における脳活動の間の複数の相関と、被験者個人の複数種類の属性及び前記脳活動検知装置での測定条件を含む属性情報とに対して、前記複数の被験者について共通する縮約表現を抽出し、抽出された縮約表現に対して、前記被験者個人の前記複数種類の属性のうちの特定の属性に関する判別器を生成するステップを含み、
前記判別器を特定するための情報を前記記憶装置に記憶するステップと、
前記記憶装置に記憶された情報により特定される判別器に基づいて、入力データに対して判別処理を行うステップとをさらに備える、脳活動解析方法。 - 前記特定の属性は、疾患の判別ラベルである、請求項13記載の脳活動解析方法。
- 前記被験者個人の属性は、当該被験者へ投与された薬物のラベルを含む、請求項14記載の脳活動解析方法。
- 前記脳活動検知装置は、それぞれ異なる場所に設置された、複数の脳活動測定装置を含み、
前記脳活動検知装置での測定条件は、前記場所の情報を含み、
前記判別器を生成するステップは、
前記複数の脳活動測定装置の測定条件および前記複数の被験者個人の属性について共通する前記縮約表現を、前記複数の所定領域における脳活動の相関関係から変数選択により抽出するステップを含む、請求項13〜15のいずれか1項に記載の脳活動解析方法。 - 前記判別器を生成するステップは、
前記抽出された縮約表現について、さらに変数選択を行う回帰により、前記判別器を生成するステップを含む、請求項13〜16のいずれか1項に記載の脳活動解析方法。 - コンピュータによる脳活動の解析によりバイオマーカーとしての出力を生成するバイオマーカー装置であって、
判別器を特定するための情報を記憶するための記憶装置を備え、
前記判別器は、複数の被験者の各々の脳内の複数の所定領域における安静時の脳活動を示す信号を脳活動検知装置により時系列で予め測定した信号から算出される判別器であって、前記複数の所定領域における脳活動の間の複数の相関と、被験者個人の複数種類の属性及び前記脳活動検知装置での測定条件を含む属性情報とに対して、前記複数の被験者について共通する縮約表現を抽出し、抽出された縮約表現に対して、前記被験者個人の属性のうち疾患の判別ラベルに関して生成され、
前記記憶装置に記憶された情報により特定される判別器に基づいて、入力データに対して判別処理を行う演算装置とを備える、バイオマーカー装置。 - 前記被験者個人の属性は、当該被験者へ投与された薬物のラベルを含む、請求項18記載のバイオマーカー装置。
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