fNIRS を用いたマインドワンダリングの特徴の検討

Characterization of mind wandering using fNIRS
Frontiers in systems neuroscience, vol. 9, pp. 1-7, MARCH 2015
20170914_yfjujiwara

誰が課題に参加しているかどうかを評価することは教育的に重要となった.このような注意のさまよいを通常,
マインドワンダリングと表す.現在の研究の目的は,最近の神経イメージングモダリティがマインドワンダリング
状態を検出するために使用することが可能である.fNIRS は,マインドワンダリングを測定するためにこれまで
使用されたことのない非侵襲的な神経イメージング技術である.私たちは,対象への注意を必要とする課題であ
るSustained Attention to Response Task(SART) を用い,16 チャンネルのfNIRS は前頭部のデータを測定した.
私たちは,default mode network(DMN)に関連する脳領域が有意に活動するマインドワンダリング状態で,
the medial prefrontal cortex(mPFC)に対して有意な活性を観察した.fNIRS データはマインドワンダリング状
態の分類のために使用した,脳機能の先行研究において,私たちの結果はfNIRS がdefault network の活動を検出
する性能があることを裏付けた.

タスクベースの神経フィードバック訓練:実行機能を訓練するための斬新なアプローチ

Task-based neurofeedback training: A novel approach
toward training executive functions
Neuroimage, vol.134, pp. 153-159, 2016
20170915_sfujii

認知訓練は,様々な神経発達および神経変性疾患における認知機能を改善するための新興アプローチである.し
かしながら,現在の訓練プログラムは,比較的長い可能性があり,認知困難な患者にとって,もしかすると忠実に
行うことは難しいかもしれない.以前の研究では,脳活動のレベル(神経フィードバック)に関するリアルタイ
ムのフィードバックを個人に提供することは,もしかすると特定の脳領域の活性化を制御することを学ぶのを助
けることを示唆している.本研究では,ニューロフィードバックの効果をコンピュータ化された訓練と並行して
享受する,タスクベースのニューロフィードバック訓練パラダイムを開発した.我々は,様々な発達障害および神
経変性疾患における中心的介入を考慮して,実行機能トレーニングに重点を置いた.前頭前野の酸素化ヘモグロ
ビンの変化を測定することにより,神経フィードバックを提供するために,近赤外分光法(NIRS)が使用された.
20 人の健常成人参加者のうち,10 人が認知訓練中の前頭前野活動に対して実際の神経フィードバック(NFB)
を受け,10 人が偽フィードバック(SHAM)を提示された.SHAM と比較して,NFB 群は,4 回の訓練(合計100
分)後の作業記憶の測定値を含む,有意に改善された実行機能パフォーマンスを示した.NFB 群はまた,SHAM
と比較して右前頭前野領域および下前頭領域を含む実行機能ネットワークにおいて,トレーニング関連脳活動を
有意に減少させた.我々のデータは,認知訓練に加えて神経フィードバックを提供することは,比較的短い訓練
期間の後に実行機能を高めることを示唆している.類似の設計は,既知の神経病理学を有する患者集団のために
潜在的に使用され,もしかするとそれらが冒された脳領域における活性を増強/回復するのを助ける.

Scale Adaptive Local Binary Pattern を用いた皮膚鏡検査におけるメラノーマの検出

Detecting Melanoma in Dermoscopy Images
Using Scale Adaptive Local Binary Pattern
IEEE Transactions on Biomedical Engineering  Vol.59 No.10 pp.2893-2904 2012
20170914_nishida

コンピュータビジョンの分野における近年の進歩は,患者の黒色腫の検出のための様々な診断支援システムの開
発につながっている.テクスチャと色は黒色腫の検出に不可欠な2 つの基本的な視覚的特徴と考えられている.本
論文では,皮膚鏡検査画像の分類にテクスチャと色の特徴を組み合わせて使用することを提案する.テクスチャ特
徴量は,各ピクセルに対してスケール適応型パターンを抽出するLBP からなり,続いて,ヒストグラムを構築し
た.色特徴量抽出のために,我々は標準HSV ヒストグラムを使用した.抽出された特徴は連結されて画像の特徴
ベクトルを形成し,続いてSupport Vector Machine(SVM)を用いて分類される.実験は,提案された特徴セッ
トが他の最先端の選択肢と比較して良好な分類性能を示すことを示す.

遺伝的プログラミングを用いたエッジ検出のための低次特徴抽出

Low-Level Feature Extraction for Edge Detection Using
Genetic Programming
IEEE Transactions on Cybernetics, Vol. 44.8, pp. 1459-1472, 2014
20170914_kkobayashi

エッジ検出は代表的なタスクである.従来はmoving window 手法が用いられるが,エッジ検出における窓サイ
ズは,位置精度とノイズ除去とのトレードオフの関係である.識別されたピクセルの近傍を探索して新しいエッジ
検出器を構成するための自動技術は,異なるタスクを満たすために魅力的である.本論文では,自然な画像中の
エッジを検出するための低次主観的エッジ検出器を新たに構築するために,ピクセルを自動的に探索する遺伝的
プログラミング(GP)システムを提案する.また,GP によるエッジ検出器によって選択されたピクセルを分析
する.自動的にピクセルを探索することにより,大きな窓からエッジをぼかす問題や小さな窓からのノイズの影響
を避けることが可能である.線形および二次フィルタは,これらのGP によるエッジ検出器において高頻度で発
生するピクセルから構築される.実験結果は,提案されたGP によるシステムが良い性能であることを示してい
る.GP によって選択されたピクセルと固定ウィンドウ内のすべてのピクセルとを比較すると,GP によって選択
されたピクセルの集合はコンパクトであるが,良好なエッジ検出器を構築するのに十分であることを示す.

大腸内視鏡検査における結腸直腸ポリープ検出のためのLCI とWLI の比較

Comparison of linked color imaging and white-light
colonoscopy for detection of colorectal polyps: a
multicenter, randomized, crossover trial
Gastrointestinal Endoscopy, pp.1{7, 2017
20170914 yokada

背景と目的:近年開発された技術であるLinked Color Imaging(LCI)は,レーザー内視鏡システムを使用し
て,赤と白の色をより鮮明に表現するために赤の色分解を強調する.結腸直腸ポリープの検出におけるLCI の利
点は未知である.この研究の目的は,WLI 内視鏡と比較して結腸直腸ポリープの検出を改善するLCI の能力を評
価することである.
手法:我々は,中国の3 つの病院で,多施設・クロスオーバー・前向き・ランダム化比較試験を行った.すべて
の患者は,LCI およびWLI 内視鏡を用いて無作為の順序で大腸内視鏡検査を受けた.全ての病変は,2 回目の内
視鏡処置中に除去された.1 つ目の結果の指標は,結腸直腸ポリープの検出時のLCI とWLI 内視鏡検査の感度の
差とした.2 つ目の結果の指標は,2 群における患者1 人当たりの腺腫検出率およびポリープを見逃した率に関連
する因子とした.
結果:全部で152 人の患者が無作為化され,141 人が分析に含まれた.全般的なポリープの検出率は,LCI の大
腸内視鏡検査では24 %増加し,感度はWLI よりLCI が高くなった.さらにLCI では,ポリープを有する患者が
有意に多く(32%)同定された.患者1 人当たりの腺腫の検出率は,WLI よりLCI が有意に高くなった.
結論:LCI は,大腸内視鏡検査中に結腸直腸ポリープおよび腺腫の検出を改善することがわかった.

内在性休止状態活動は作業記憶の脳の活性化および行動のパフォーマンスを予測する

Intrinsic resting-state activity predicts working memory
brain activation and behavioral performance
HUMAN BRAIN MAPPING,Vol.34,Issue.12,3204-3215,2013
20170907 sishida

レスティングステイトの脳活動はタスク由来の脳活動に調和することが実証されているが,内在性の脳活動と 誘発性の脳活動の関係は完全に特徴づけられていない.例えば,内在性活動がタスク誘発性の不活性を予測でき るかどうか,レストとタスクの関係はタスクの負荷に依存するかどうかは分からない.この研究において同じセッ ションで集められたれスティングステイトとタスク駆動(N-back ワーキングメモリタスク)のfMRI データを用 いて40 人の健康なコントロール被験者のこれらの問題について取り組んだ.内在性のスティングステイトの活動 の指標として低周波変動振幅(ALFF)を用い,中前頭回と下/上頭頂小葉のALFF はWMタスク由来の活動と 正の相関を示し,と下/上頭頂小葉のALFF はWMタスク由来の活動と正の相関を示し,中前頭前皮質,後部帯 状皮質,上前頭回,上側頭回,および紡錘状回はWMタスク由来の不活性と負の相関を示すことがわかった.さ らに,下/上前頭回,下/上頭頂小葉,上側頭回,正中線領域はより高いWMタスク負荷でより強かった.さら に,上頭頂小葉/楔前部のレスティングステイトの活動とタスク由来の活動は被験者間のパフォーマンスの分散 の同様な部分を説明するWMタスクの行動パフォーマンスに有意に相関していた.まとめると,これらの結果は レスティングステイトの内在性活動が認知課題を実行するために特定の脳回路関与を促進するか許容しているこ と,そしてレスティングステイトの活動は後のタスク由来の脳の反応と行動パフォーマンスを予測できることを 示唆している.

ネットワーク神経科学

Network neuroscience
Nature neuroscience, Vol.20, No.3, 353-364, 2017
20170908 rhagiwara

本質的な進歩にも関わらず,複雑な脳機能および認知の基礎となる原則およびメカニズムの理解は不完全なま まである.ネットワーク神経科学は,これらの永続的な課題に取り組むことを提案している.明示的に統合的な脳 構造と機能に近づくと,ネットワーク神経科学は,神経生物学的システムの要素と相互作用をマッピング,記録, 分析,モデル化する新しい方法を追求している.2 つの平衡した傾向がアプローチを推進する.包括的な地図を作 成し,分子,ニューロン,脳領域および社会システムの動的なパターンを記録するための新しい経験的ツールと, 現代のネットワーク科学の理論的枠組みと計算ツールの有効である.経験と計算の進歩の融合は,ネットワーク ダイナミクス,脳内ネットワークの操作と制御,時空間ドメイン全体にわたるネットワークプロセスの統合など の科学的調査の新しい最前線を開く.我々は,ネットワーク神経科学の新興傾向を再検討し,脳のより良い理解に 向けた道筋をマルチスケールネットワークシステムとして描くことを試みる

どのように私は気分を良くするのか?社会的認知感情制御とデフォルトモードネットワーク

How do you make me feel better? Social cognitive
emotion regulation and the default mode network
NeuroImage, Vol.134, pp.270-280, 2016
20170908 sikeda

社会的に誘発される認知感情調節は,ウェルビーングおよび社会的機能にとって重要である.しかし,その脳のメ カニズムはあまり理解されていない.社会認知と認知感情の両方の規制がデフォルトモードネットワーク(DMN) の重要な領域に関与していることを考えると,認知感情調節はDMN に依存し,その有効性は社会機能に関連す ると仮定した.fMRI 中で,否定的な感情は絵によって誘発され,心理療法士は再評価を用いて短い指示で参加者 の感情をダウンレギュレーションするか,単に画像を見るよう指示した.愛着尺度は,社会的機能を測定するた めに使用された.認知感情調節と対照を比較すると,認知感情調節中に嫌悪感情が正常に減少し,前頭前野およ び頭頂皮質,前胸部,左頭側頭頂接合部における活性化が高まった.これらの活性はDMN の主要なノードをカ バーし,認知感情調節の成功に関連した.参加者のアタッチメントの安全性は,認知感情調節の成功と眼窩前頭 皮質の関与の両方と正の相関を示した.さらに,認知感情調節の神経相関の特異性は,心理療法士がいない同じ 実験的パラダイムに基づく典型的な感情的自己制御タスクの間,休息時の参加者のDMN 活動および脳活性化と の比較によって確認された.本研究の結果は,認知感情調節におけるDMN の具体的な関与と,認知感情調節と アタッチメント・セキュリティにおける個体差との関連性ついての最初の証拠を示す.この知見は,多くの精神神 経障害において見出されるDMN 機能不全が,認知感情調節の恩恵を受ける能力を損なう可能性があることを示 唆している.

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
170908 syokoyama
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.

複雑な視覚-運動シーケンスにおける時間的期待による初期行動の促進

Early behavioural facilitation by temporal expectations
in complex visual-motor sequences
Journal of Physiology-Paris, in Press, 2017

日常生活における時間的な期待は,定期的な間隔のパターンの偶発的な学習から得られるかもしれない.我々
は,連続反応時間(SRT)タスクの修正版を用いて,複雑な視覚-運動シーケンスにおける時間的順序(空間的/時
間的)構造の組み合わせの偶発的取得および利用を調査した.このタスクでは,一連のターゲット/レスポンスだ
けでなく,続いて起こるターゲット間の一連の間隔も同じシーケンスの複数のプレゼンテーションにわたって繰り
返した.各被験者は3 つのセッションを行った.第1 セッションでは,連続のシーケンスのみが提示された.第
2 セッションと第3 セッションではプローブブロックが提示され,新たな(未学習の) 空間-時間シーケンスが導入
された.被験者は時間の経過とともにRT が速くなるだけでなく,プローブブロック中には不正確また遅くなり,
シーケンス構造を偶発的に学習したことを示している.繰り返される空間的時間的シーケンスによって誘導され
る強い行動上の利点を確立した後,(学習された時間的構造によって誘起される) 暗黙の時間的方向付けが,時間
的に構造化されたシーケンス要素の間の短い間隔に続くターゲットの性能に最も大きな影響を及ぼすことを明示
する.我々は,新規および反復配列間の反応時間差は,中及び長時間間隔と比較して短い間隔で最大であり,(反
復配列が偶発的に学習された) 後期ブロックと初期ブロック(このシーケンスは未知)とを比較してもそうであっ
た.逐次的構造に従う偶発的に得られた時間的期待は,視覚的に導かれた行動的応答に強固な促進効果を及ぼす
ことが可能であると結論付けた.