SimiNet:脳ネットワークの類似性を定量化するための新しい 方法

SimiNet: a Novel Method for Quantifying Brain Network Similarity
IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence vol.PP, pp.1-1, 2017
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2 つのネットワーク間の類似性を定量化することは,多くのアプリケーションで重要である.主にノードおよびエッジの特性に基づいて,グラフの類似性を計算するための多くのアルゴリズムが提案されている.興味深いことに,これらのアルゴリズムのほとんどは,空間的に定義された機能領域を含む脳ネットワークのコンテキストにおける重要な要素であるノードの物理的な位置を無視している.本論文では,3 次元座標系内のノードを先験的に定義した2 つのグラフ間の類似度を測定するためのSimiNet と呼ばれる新しいアルゴリズムを提案する.SimiNetは,ノード,エッジ,および空間の機能を考慮した定量化インデックス(0-1 の範囲)を提供する.複雑なグラフをSimiNet のパフォーマンスを評価するためにシミュレートし,これを8 つの最先端の方法と比較した.結果は,SimiNet がノードとエッジの両方を使用して類似度を計算することに加えて,比較グラフの弱い空間変動を検出できることを示していた.SimiNet は,視覚認識タスクの間に得られた実際の脳ネットワークにも適用される.このアルゴリズムは,2 つのカテゴリーの視覚刺激,すなわち動物および道具の命名作業中に得られた脳ネットワークの空間的変動を検出する時に高性能を示す.この研究の観点は,人間の脳における物体分類のより良い理解である.

脳の近赤外分光における光の伝播

Light Propagation in NIR Spectroscopy of the Human
Brain
IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics,vol. 20,no. 2,pp.289-298,2014
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脳の研究において,大脳皮質の酸素濃度の変化は、オキシヘモグロビンおよびデオキシヘモグロビンの濃度が 血行動態の皮質神経活動への結合に起因して変化するため,非常に重要である.多くの研究では,光源と検出器 の距離を伸ばすことにより,照射光が脳組織に深く浸透することを示している.本稿では,組織模倣ファントム測 定,額生体内測定およびモンテカルロ(MC)シミュレーションを使用して,大脳皮質の感知を可能とする脳内の 光伝播および最小の光源と検出器の距離を推定する.我々は,人間の額を模擬した多層のファントム内の異なる深 さに位置する血管内の脈動する水性脂質懸濁液の光学的感知を示す.実験結果をファントムの光学特性を考慮した MC シミュレーションと比較する.異なる組織層の厚さおよび形態は,被験者の頭部の解剖学的磁気共鳴画像から 得た.これら3 つの方法の結果は互いに相関し,NIRS に基づく光学的方法で脳皮質を感知できることを示した.

NIRS 信号における脳活動から血行動態変化を分離するための時間変化に対する解析的アプローチ

Analytical approach to the temporal changes in NIRS signals to separate hemodynamic change from brain activity
2016 38th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society ,pp.1393-1396, 2016
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近赤外分光法(NIRS) による脳機能測定において,酸素化および脱酸素化ヘモグロビン濃度の時間的変化に焦
点を当て、脳機能信号におけるヘモグロビン濃度の相互相関係数の時間変化に対する分析的アプローチを提案する.酸素化ヘモグロビン濃度と脱酸素化ヘモグロビン濃度の間の相互相関係数は,脳活動については負の値を示し,血行動態変化については正の値を示す.16 チャンネルのfNIRS システムを用いた実験で,提案するアプローチが測定したNIRS 信号の解釈を明確にし,脳活動における血行動態変化の影響を推測するために使用できることが示された.

スマートフォンのテキストメッセージにおける中皮質処理

Cortical processing during smartphone text messaging
Epilepsy & Behavior, Vol.59, pp.117-121, 201620160719 hwada

目的:本研究はスマートフォンを使用時のテキストメッセージングの脳波の特徴を報告することを目的とした. 方法:129 人の被験者において 16ヶ月間ビデオ EEG モニタリング(VEM)を用いて評価を行った.スマート フォン使用時の動的なテキストメッセージングの再現性(TR)を受動的な電話や親指・指の動き,認知テスト・ 計算,スキャン時の目の動きなど,てんかんではない患者において音声・言語タスクと比較した.統計的有意性 p は 0.05 にした. 結果:未選択の VEM 被験者から 129 人(93 人の女性,平均年齢:36,範囲:18-71)の 27 人の被験者において TR が同定された.129 人のうちの 53 人は被験者はてんかん発作(ES)を持っており,74 人はてんかん発作はな く(NES).残りの二人は両方診断された.TR の再現性は 27 人で特異的なテキストメッセージングで現れ,ES において 28 %で,NES では 16 %だった.TR は独立したタスクやオーディオ,携帯電話の使用では現れなかっ た.TR の発生する被験者において,年齢,性別,てんかんの種類,MRI の結果,EEG の定位は無関係だった. 結論:結果から,頭皮脳波上の TR は脳のネットワーク新しい固有の神経生理学的変化を表わしていることを 示唆された.我々は,現代の脳内の皮質処理を一意の PED の使用によって活性化することを提案する. 意義:これらの知見は非言語的コミュニケーションにおける業界や研究に影響を与える可能性があり,実用的な 意味がある.