JPWO2014178322A1 - 脳活動訓練装置および脳活動訓練システム - Google Patents
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Abstract
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、薬物療法及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。
以上により、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、脳領域間(関心領域間)の活動度の相関行列を導出し、この相関行列の非対角成分から特定の疾患についてのバイオマーカーを生成することについて説明した。
ここで、「ブロック」とは、実験プロセスの最小単位であり、後に説明するように、たとえば1ブロックには、10回の試行が含まれる。「試行」とは、これも後に説明するように、所定時間の安静状態と、それに続くタスク遂行期間およびフィードバック期間とからなる。
以下では、医師の指導監督の下、実際に自閉症と診断された被験者に対して、デコーディッド結合ニューロフィードバックを行った場合の例を示す。
Claims (17)
- 第1の被験者の脳内の複数の所定領域における脳活動を示す信号を時系列で検知するための脳活動検知装置と、
前記第1の被験者とは異なる複数の第2の被験者の各々の脳内の前記複数の所定領域における脳活動を示す信号を時系列で予め測定した信号から生成される判別器を特定するための情報を記憶する記憶装置とを備え、前記判別器は、前記複数の所定領域における脳活動の相関関係のうち、少なくとも前記複数の第2の被験者の属性について共通して抽出された縮約表現に対して、前記第2の被験者の属性のうちの目標となる属性に対する判別を実行するものであり、
提示装置と、
演算装置とをさらに備え、前記演算装置は、
i)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脳活動の相関関係を算出し、
ii)算出された前記相関関係に基づき、前記記憶装置に記憶された情報により特定される前記判別器により、前記目標となる属性に対応した目標相関関係に対する前記算出された相関関係の近似度に応じて、報酬値を算出し、
iii)前記報酬値の大きさを示す情報を前記提示装置により前記被験者に対して提示する、ように構成される、脳活動訓練装置。 - 前記複数の第2の被験者について予め測定された信号は、複数の脳活動測定装置により測定されたものであり、
前記判別器における前記縮約表現は、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の属性について共通する縮約表現を、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したものである、請求項1に記載の脳活動訓練装置。 - 前記判別器は、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、生成されたものである、請求項1または2に記載の脳活動訓練装置。
- 前記判別器は、前記第2の被験者の前記複数の所定領域間の脳活動の相関行列の非対角成分と前記第2の被験者の前記属性との間の正則化正準相関解析により得られた結果に基づいて、スパース化された前記非対角成分と前記第2の被験者の目標となる属性とについて、スパースロジスティック回帰により生成された判別器であり、
前記判別器への入力は、前記正則化正準相関解析の結果に対応した前記第1の被験者の前記非対角成分の重み付き線形和である、請求項1記載の脳活動訓練装置。 - 前記判別器は、前記第2の被験者の前記複数の所定領域間の脳活動の相関行列の非対角成分と前記第2の被験者の前記属性との間の正則化正準相関解析により得られた結果に基づいて、スパース化された前記非対角成分と前記第2の被験者の目標となる属性とについて、スパースロジスティック回帰により生成された判別器であり、
前記判別器への入力は、前記正則化正準相関解析の結果に基づいて、前記非対角成分のうち前記目標となる属性に関連するものとして選択された非対角成分である、請求項2記載の脳活動訓練装置。 - 前記脳活動検知装置は、安静時機能結合的核磁気共鳴映像を撮像する脳活動検出装置を含む、請求項1記載の脳活動訓練装置。
- 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4又は請求項5記載の脳活動訓練装置。
- 第1の被験者の脳内の複数の所定領域における脳活動を示す信号を時系列で検知するための脳活動検知装置と、
前記第1の被験者とは異なる複数の第2の被験者の各々の脳内の前記複数の所定領域における脳活動を示す信号を前記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とを備え、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相関関係のうち、少なくとも前記複数の第2の被験者の属性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、前記第2の被験者の属性のうちの目標となる属性に対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、
提示装置と、
演算装置とをさらに備え、前記演算装置は、
i)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脳活動の相関関係を算出し、
ii)算出された前記相関関係に基づき、前記記憶装置に記憶された情報により特定される前記判別器の判別処理により、前記目標となる属性に対応した目標相関関係に対する前記算出された相関関係の近似度に応じて、報酬値を算出し、
iii)前記報酬値の大きさを示す情報を前記提示装置により前記被験者に対して提示するように構成される、脳活動訓練システム。 - 前記脳活動検知装置は、複数の脳活動測定装置を含み、
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8に記載の脳活動訓練システム。 - 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8または請求項9に記載の脳活動訓練システム。 - 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、前記被験者の属性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9記載の脳活動訓練システム。
- 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とを含む、請求項10記載の脳活動訓練システム。 - 前記複数の脳活動測定装置は、複数の異なる場所にそれぞれ設置され、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9記載の脳活動訓練システム。
- 前記判別処理は、前記第1の被験者の神経・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8記載の脳活動訓練システム。
- 前記被験者の属性は、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、前記脳活動検出装置による測定を特徴づける情報とを含み、
前記判別処理は、前記第1の被験者の神経・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9記載の脳活動訓練システム。 - 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11記載の脳活動訓練システム。
- 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9記載の脳活動訓練システム。
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