多くの変動の要因を含む問題に対するDeep Architectures の実証評価

An Empirical Evaluation of Deep Architectures on Problems with Many Factors of Variation
ICML ’07 Proceedings of the 24th international conference on Machine learning, pp. 473-480, 2007
20151126khanawa

最近,深い構造を持ったモデルに依存するいくつかのアルゴリズムが提案されています.それらは高精度なパフォーマンスを実証していますが,多くの機械学習アルゴリズムですでに合理的な結果が報告されている制御された環境での数字認識課題のような比較的単純な問題で評価されています.本稿では,それらのモデルは多くの変動の要因を呈する困難な学習問題を解決することで有用であることを示します.また,これらのモデルをサポートベクターマシンと単純なフィードフォワードニューラルネットワークのような確立されたアルゴリズムと比較します.

手書き文字分類の複数の畳み込みニューラルネットワーク

Convolutional Neural Network Committees for Handwritten Character Classi cation
International Conference on Document Analysis and Recognition (ICDAR), pp.1135-1139, 2011
20151126_rtamura

長年の停滞の後,2010年に,手書き数字認識のベンチマークであるMNISTの最高記録は,誤認識率が0.4%から0.35%まで減少した.ここでは,グラフィックスカードを用いて7層のCNNs(ConvolutionalNeuralNetworks)で我々は0.27%を記録する.これはヒトの識別成績に近づいている.我々は,同じCNNsモデルをNISTSD19にも適用する.これは,小文字や大文字を含んだ識別がより難しくなったデータセットである.7層構造のCNNsは,これまで発表されてきた中で,NISTデータセットの数字,文字ともに最高の成績を得る.我々の手法の構造安定性は,78125通りの異なる7層ネットワークを分析することによって確認される.

交叉領域における拡散tractography

MRtrix: Diffusion Tractography in Crossing Fiber Regions
International Journal of Imaging Systems and Technology, vol. 22, no. 1, pp. 53-66, 2012.
20151125_iishida

近年,DWMRIは脳の白質の繋がりを描画する唯一の手法として注目を集めている.しかし,神経科学者や臨床医の間で共通に用いられる方法はDTモデルがベースになっており,包括的に脳白質の拡散を特徴づけるには不十分であると示されている.この事実はボクセルごとの一回の神経線維の方向づけによって不正確な繊維配向やそれゆえの経路が引き起こされることによる.最近では影響の受けたボクセルの割合が90%と推定された.これは重大な制限である.さらにまた,大部分の実用的な追跡アルゴリズムは決定論的に実装される.決定論的な手法に対しては今は確率論的なアプローチによって置き換わっている.本研究では,我々は確率論的tractographyに検証制御球状デコンボリューション法を用いて推定された線維配向を結合したtractographyを実行する強力なツールセットを提示する.この手法は交叉線維の影響における既知の白質路の優れた描画を提供することが示された.これらのツールはMRtrixと呼ばれるソフトウェアにコンパイルされ,化学団体によって自由に使用できるようになった.

NIRS-EEG ハイブリッド型BCI を用いた4運動方向でコーディング

Decoding of four movement directions using hybrid NIRS-EEG brain-computer interface
Frontier Human Neuroscience, Volume 8, Article 244, 2014
20151125 ktanaka

ハイブリッドBCIはインターフェイス操作コマンドに使用される脳波識別をより正確なものにする.本研究では,脳情報を抽出し,4つのタイプに分類するためにNIRSとEEGを用いた.NIRSは前頭前野に,そしてEEGは左右の運動野に配置した.実験では12名の被験者に対して,前方・後方・左・右の異なる四方向を提示する.前方と後方のコントロールコマンドはオキシヘモグロビン変化に関与する算術メンタル課題のパフォーマンスによって推定した.また左右のコマンドに関しては,それぞれ左右タッピングに関連している.本実験では,NIRS-EEGハイブリッド方式を用いることで高い識別率を得ることができ,インターフェイスとして4つの異なる操作が可能であることが示された.

脳の接続性を研究するために構造的および機能的神経画像データの合成

Combining structural and functional neuroimaging data for studying brain connectivity: A review
Psychophysiology, vol.45, no.2, p.173-187, 2008.
20151123 sohtani

異なる脳領域は認知機能をサポートするために,大規模なネットワークに統合されると考えられている.これらのネットワーク内の構造と機能の連携を調査するための最近のアプローチは脳領域間の計測である.私たちは,構造的および機能的な脳の接続データを合成する.構造的接続の分析として,主に拡散テンソル画像に基づいて,機能的神経画像データのボクセル毎の分析と対になっている.共分散に基づいた機能的接続の計測は,構造的接続データによって補助されている.これらの研究は,脳の構造と機能との関係についての洞察を提供する.有望な傾向は,機能的および解剖学的接続性データを高解像度の神経画像法を使用して収集することと高度な定量的モデルの開発である.

急性ストレスによる健常者の循環Anandamide と他のN-Acylethanolamines の増加

Acute Stress Increases Circulating Anandamide and Other N-Acylethanolamines in Healthy Humans
Neuropsychopharmacology, vol. 37, no. 11, pp. 2416-2427, 2012.
2015.1125.okamura

ストレスは精神障害において重要な役割を担っている.そして,中央エンドカンナビノイドシステムがストレスへの神経反応と内分泌を調整していることが,臨床前研究から示されている.本研究は,健常者におけるエンドカンナビノイド(eCB)の循環濃度に対する急性ストレスの影響の調査を目的としたものである.合計71人の被験者に対して,標準的な社会心理ストレスとしてTrierSocialStressTestとコントロール実験の2種類を行った.eCBやコルチゾール分析,心血管の血液サンプルや主観的調査は実験開始前と,実験開始後から一定時間ごとに採取した.N-acylethanolamides(NAEs),N-palmitoylethanolamine(PEA),N-oleoylethanolamine(OEA),eCBs,N-arachidonylethanolamine(anandamide,AEA),2-arachidonoylglycerol(2-AG),そして,O-アシルグリセロール(2-oleoylglycerol(2-OG))の血清中濃度が測定された.コントロール実験と比較して,ストレスはAEAと他のNAEの血清中濃度をストレス期間の直後に急激に上昇させた.PEAの増加はストレス後の血清中コルチゾール増加と明らかな相関を示した.さらに,不安のベーズライン評価とAEAの血清内ベースライン濃度は負の相関関係にあった.被験者の生理周期はストレスに対するNAEの反応に影響した.興味深いことに,アジア人とアフリカ系アメリカ人は白人と比較して,異なるストレス反応パターンを示した.これらの結果はストレスが健康な被験者の循環NEAを増加させることを示した.この発見は不安時にeCBを保護する機構を示唆した.脂質調整の機能の説明や,循環の中でのそれらの制御メカニズムの定義等が,今後の研究で必要とされる.

児童と成人の脳における構造的・機能的リッチクラブ組織

Structural and Functional Rich Club Organization of the Brain in Children and Adults
PLoS ONE, Vol.9, No.2, e88297, 2014
20151124sobuchi

磁気共鳴画像法(MRI)を用いた近年の研究は,脳の白質が最も密に結合する脳領域は相互に結合していることを示すリッチクラブの組織をなすことを示唆している.本論文では,リッチクラブ現象が機能的コネクティビティに存在しているのか,そしてこの組織がどのように構造的な現象に関係しているのかを機能的MRIと拡散強調MRIを用いて検討する.また,リッチクラブな領域が他の脳システムの間の情報の統合に関与しているか,そしてリッチクラブ現象の発達的過程について検討をする.先行研究と同様に,成人と児童の両方において,上中部前頭,中部頭頂,島,下側頭回の領域に強固な構造的リッチクラブ組織が見られた.また,これらの領域は脳の主なネットワークにまたがり密に結合されていることが示された.機能的脳ネットワークはリッチクラブ組織に類似した空間的配置を持っているが,システム間では高い分離性があることが示唆された.構造的には成人と児童の間で有意な差はあらわれなかったが,成人では有意に大きな機能的リッチクラブ組織が見られた.この違いは特に上頭頂,島、そして縁上回の間の結合によって引き起こされることが考えられた.要約すると,本研究では発達過程での機能的な変化と,成人と児童における構造的・機能的リッチクラブの存在を示している.また,本研究がADHDや自閉症などの脳の発達障害における典型的なネットワーク組織の検討につながる可能性があることが示された

ワーキングメモリ課題中の前頭前野皮質の活動のNIRS-fMRI における研究

A NIRS-fMRI investigation of prefrontal cortex activity during a working memory task
NeuroImage, Vol.83, pp.158{173, 2013
20151124_2rhagiwara

近赤外分光(NIRS)は一般にヒトの脳機能の研究で使用される.しかし,皮膚血流のような表面の血流動態変化は前頭のNIRSのヘモグロビン(Hb)信号に影響するといくつかの研究は示す.前頭のNIRS-Hb信号の基準関連妥当性を調べるために,ワーキングメモリ(WM)中の機能的信号に焦点を当て,同時に計測した核磁気共鳴画像法(fMRI)によるBOLD信号との類似性を研究した.また,NIRS-Hb信号における表面の血流動態変化の影響を調べるために,同時にレーザードップラー血流計(LDF)で皮膚血流も計測した.賦活領域における前頭のNIRS-Hb信号の時間変化は軟組織のBOLD信号とLDF信号より灰白質のBOLD信号と関係することが相関分析によって示された.NIRS-Hb信号と頭蓋外のBOLDあるいはLDF信号との比較は注意しなければならないが,NIRS-Hb信号が主に灰白質の血流動態変化を示すことがこれらの結果から示唆された.さらに,NIRS-Hb信号のタスクに関する反応の振幅は被験者間において灰白質のBOLD信号と関係していて,これは強いNIRS-Hb反応の被験者は強いBOLD反応を示すことを意味する.したがって,NIRSは前頭前野皮質の活動における血流動態信号を計測するために使用することが可能であることをこれらの結果が支持する証拠となる.

複数の認知課題におけるNIRS とfMRI の定量的な比較

A quantitative comparison of NIRS and fMRI across multiple cognitive tasks
NeuroImage, Vol.54, No.4, pp.2808{2821, 2011
20151124_1rhagiwara

近赤外分光法(NIRS)は脳機能の研究で最も注目されている技術である.NIRSは酸素化と脱酸素化の両ヘモグロビンの濃度変化の計測,より細かい時間分解能,管理の容易さというような核磁気共鳴画像法(fMRI)と比べていくつかの利点と,空間分解能が悪くSNRが低いという欠点がある.fMRIはヒトの脳のinvivoのイメージングで標準となったが,実際にNIRSはfMRIより手頃で安価な技術である.それゆえに多くの研究者は脳機能の研究においてNIRSとfMRIの比較の仕方に興味がある.本研究では前頭と後頭の両脳領域のNIRSプローブをつけ,一連の認知課題においてNIRSとfMRIで同時に被験者を撮像した.時間的,空間的の両領域で信号の詳細な比較を行った.NIRS信号のSNRは著しく低いが,それにもかかわらずfMRIの計測としばしば高い相関があることがわかった.NIRS/fMRIの相関はSNRと頭皮と脳間の距離の両方によって可変となる.空間領域では,NIRSの放射と感知間の楕円を形成する光経路がBOLD反応とより強く関係があることがわかった.まとめると,NIRSは認知課題に関する研究においてfMRIの適切な代わりとなるが,1)空間分解能は目的の質問に答えるためには十分であること,2)特に頭皮からより遠い脳領域ではより低いSNRとなること,をNIRSを用いた研究をする際に注意しなければならない.

事象関連fMRI データの古典的解析における特定の領域のHRF の関係

The role of early visual cortex in visual short-term memory and visual attention
Vision Research Vol.49, no.10, pp.1352-1362, 2009.
20151124 taki

短期記憶と視覚的注意における低次視覚野の関係を徹底調査するためにfMRIで皮質活動の計測を行った.4つの実験タスクにおいて,可変的にずらされた2つの視覚刺激を被験者は見た.それらのタスクでは短期記憶と注意が要求されるが,ずらされた視覚刺激が出るまで刺激は同一である.被験者が注意と大変なタスクをしている時,低次視覚野は継続的な反応を示したが,被験者が短期記憶を必要としたタスクを行った時,遅らせた視覚刺激が提示されている間の活動はゼロと識別できなかった.この分離は2つの処理の基礎をなしている計算メカニズムを明らかにする.