二次元遺伝的アルゴリズムとその航空機スケジューリング問題への応用

A Two-Dimensional Genetic Algorithm and Its Application to Aircraft Scheduling Problem
Ming-Wen Tsai, Tzung-Pei Hong, and Woo-Tsong Lin
Mathematical Problems in Engineering, Volume 2015, 1-12, 2015

遺伝的アルゴリズムは,限られた時間内に実行可能解を獲得することができるため,研究者にとって困難な問題を解決する上でますます重要となっている. 遺伝的アルゴリズムを使用して問題を解くためにはまず,対象とする問題の表現を定義する必要がある.そして,多くの先行研究は一次元の染色体表現を採用している.しかしながら,いくつかの実問題は二次元の染色体表現が問題を表現することに適している.そのため,二次元の表現が設計され,一般的なGA が二次元に適したものに修正される.特に適切な二次元交叉方法や突然変異が次世代の候補となる染色体を生成するために提案されている.また,実行不可能な解を実行可能なものに調整するために二次元における修復メカニズムも開発されている.最後に,提案された遺伝的アルゴリズムの有効性を検証するために,航空機を航空会社のタイムテーブルに割り当てるというスケジューリング問題を解くために提案されたアプローチが使用される.

ニッチング法の性能評価のための新たなクラスのテスト問題

A Novel Class of Test Problems for Performance Evaluation of Niching Methods
Ahrari, Ali, and Kalyanmoy Deb.
IEEE Transactions on Evolutionary Computation, 22(6), 909-919, 2018
本論文は,ニッチング法の数値評価を強化するために多様な特性を持つパラメトリックなスケーラブル関数を生成するための新しい手法を提案する.それは3つの単純な基本関数を組み合わせることで,複合マルチモーダル関数を形成し,その中で関数パラメータは大域的最小値の数を制御する.結果として得られる合成関数は,高い条件,相関,および多くの望ましくない極小値の存在などの大域的最適化,ならびに異なるベイズンサイズを有し,不均一に分布した大域的最小値などのマルチモーダル最適化に特有のものなどの様々な課題を示し得る.さらに,提案手法は,従来手法によって生成されたものと比較すると,計算上安価な複合関数をもたらす.これは,多くの大域的最小値を持つ問題について,ニッチング法の長期的成功をベンチマークすることを可能にする.関数パラメータにより大域的最小値の数を制御する6つのパラメトリックなベンチマーク関数が提案されている.大域的最小値の分布,ベイズン形状,およびサイズに関する詳細な分析が提供される.提案されたテスト問題の1つは制約を含み,これは過去においてあまり注目されなかった問題である.これらのテスト関数は,文献で最も成功しているニッチング法のいくつかを比較するために採用されている.数値結果は,複合機能に対する異なるニッチング方法の性能と既存の試験問題との間の劇的な相違を明らかに,提案した複合機能が明確な課題をシミュレートすることを実証した.我々の調査結果は,コア探索アルゴリズムの重要性を強調し,より複雑な景観とより高い次元での多くのニッチング戦略の適合性に挑戦する.

自発的脳活動の短い事例から抽出した時間変化する機能的ネットワーク情報

Time-varying functional network information extracted from brief instances of spontaneous brain activity
X. Liu and J.H. Duyn
Proceedings of the National Academy of Sciences, p.201216856, 2013

近年の機能的磁気共鳴画像法の研究は,明白な行動がなくても脳が著しく活動的であることを示した,そして,この活動は被験者間を渡って再現可能で,脳の確立された機能的区分に従う空間分布で起こる.これらの空間分布を調査することは,脳機能の基礎となるニューラルネットワークのより良い理解を得ることを目的とした研究の活発な分野である.自発的活動の興味深い側面の1 つは,明らかな非定常性,または脳領域間の相互作用の変動性である.最近,自発的な脳の活動は,おそらくニューロンの雪崩現象に起因する活動の短い痕跡によって支配されることが提案された.このようなトレースは,従来のデータ分析では捕捉されていない機能的に関連のある関係性を潜在的に反映して,異なる時間におけるネットワーク内の異なるサブ領域を含む可能性がある.これを調査するために,我々は公的に利用可能な機能的磁気共鳴画像データを専用の分析方法で調査し,従来の相関分析から推論された機能的ネットワークが実際には,わずかな重要な時点での活動によって駆動されるという兆候を見出した.これらの重要な時点での活動のその後の分析は,それぞれが確立した機能的ネットワークとは明らかに異なる複数の空間分布を明らかにした.これらのパターンの空間分布は,潜在的な機能的関連性を示唆している.

反応性と機能的結合性に関連するSant Mat瞑想の異常な不安

Atypical Anxiety-Related Amygdala Reactivity and Functional Connectivity in Sant Mat Meditation 扁桃体の
C. Chen, Y.-C. Chen, K.-L. Chen and Y. Cheng
Frontiers in behavioral neuroscience, vol. 12, p. 298, 2018.

瞑想は認知神経科学で多くの注目を集めているが,その感情的な処理の根底にある神経メカニズムは解明されていない.菜食主義の食事とアルコール制限された生活を送るSant Mat瞑想者と瞑想初心者が募集され,慈悲の瞑想を行った.我々は,恐ろしい顔と幸せそうな顔の明示的および暗示的な認識に応答するState-Trait Anxiety Inventory (STAI)の評価と,扁桃体反応性の計測を行った.初心者とは対照的に,瞑想者は低いSTAIスコアを報告した.瞑想者は恐怖よりも明示的な幸福に対して強い扁桃体反応性を示したのに対し,初心者は反対のパターンを示した.暗黙の恐れや幸福に関わらず,瞑想者の扁桃体反応性は低下した.生涯にわたって瞑想訓練をした人は,STAIが低いと報告し,恐怖に対する扁桃体の反応が弱いことを示した.さらに,初心者と比較して,瞑想者の扁桃体は明示的な幸福に対して腹側外側前頭前野との強い正の機能的結合性を示し,明示的な恐怖に対しては島および内側眼窩前頭皮質との強い負の結合性を示した.媒介分析では,瞑想経験と不安特性との間の媒介として扁桃体反応性を示した.結果は,Sant Mat瞑想の有益な効果を支える神経相関を示す.長期的な瞑想は,明示的および暗示的な感情処理に対する扁桃体の反応性と機能的に関連している可能性がある.

ヒトの錯視線を知覚するための脳メカニズム

Brain mechanisms for perceiving illusory lines in humans
J. Anken, R.I. Tivadar, J.-F. Knebel and M.M. Murray NeuroImage, vol. 181, pp. 182-189, 2018.

コントラストグラデーションがないにもかかわらず,主観的輪郭(illusory contours: IC)は視覚的な境界を認識させる.IC知覚プロセスの精神物理学的および神経生物学的メカニズムは,種間および多様な脳のイメージングまたはマッピング技術にわたって研究されている.しかし,IC感度が低レベルの視覚野(V1およびV2)内のフィードフォワードプロセスに起因するのか,外側後頭複合体(literal occipital complex: LOC)のような高次脳領域内で最初に処理されるのかについての議論が続いている.動物モデルにおける研究は,一般的にV1およびV2内のフィードフォワードメカニズムを支持しており,典型的には刺激誘発ICラインを含んでいた.対照的に,ヒトでの研究は一般に,IC感度がLOCによって媒介されるメカニズムを支持し,典型的にはIC形態または形状を誘導する刺激を含む.したがって,使用される特定の刺激特徴は,支持されるIC感度のモデルに強く寄与し得る.これに対処するために,我々は,中心の5°以内に10個の誘導因子を人間の観察者に提示しながら視覚誘発電位(visual evoked potentials: VEP)を計測した.電気的神経画像フレームワークを使用してVEPを分析した.集中的に提示されたICラインが存在するときと存在しないときの感受性は,刺激開始後約200msで最初に明らかになり,条件間の地形的差異として明白であった.また,これらの違いをLOCにローカライズした.これらの効果のタイミングおよび局在化は,より高いレベルの視覚皮質内で始まるIC感受性のモデルと一致している.我々はよりV1およびV2内の影響に関する以前の研究はLOC内に代わって発生するIC感度からのフィードバックの結果であることを提案する.

ビデオカプセル内視鏡からポリープの分割と検出:評価

Polyp Detection and Segmentation from Video Capsule Endoscopy: A Review
V. B. Surya Prasath
Jounal of Imaging, Vol. 3, No.1, 2017

“ビデオカプセル内視鏡(VCE)は,現在,胃腸(GI)管を視覚化するために広く使用されている.カプセル内 視鏡検査は通常,追加の監視機構として処方され,ポリープ,出血などの特定に役立つ.VCE 検査で得られる大 規模ビデオデータを分析するには,自動画像処理,コンピュータビジョン,学習アルゴリズムが必要となる.近 年,様々な成功率を持つポリープの自動検出アルゴリズムが提案されている.大腸内視鏡検査およびその他の内 視鏡検査に基づく画像からのポリープ検出は発展した分野になりつつあるが,VCE でポリープを自動的に検出す ることは困難な問題である.我々は,VCE 画像のための異なるポリープ検出手法を検討し,標準の画像処理とコ ンピュータビジョン法が直面する課題を体系的に分析する.

フックス角膜内皮ジストロフィーに対する今後の有望な治療法の展望

Perspective of Future Potent Therapies for Fuchs Endothelial Corneal Dystrophy
Naoki Okumura, Ryousuke Hayashi and Noriko Koizumi
The open ophthalmology journal, vol.12, pp.154, 2018

背景:フックス角膜内皮ジストロフィー(Fuchs Endothelial Corneal Dystrophy:FECD)は,両眼の角膜内皮に影響を及ぼす進行性疾患である.最近の研究ではFECDの新しい遺伝的基盤が同定されており,基礎的な研究成果は根底にある病態生理の証拠を提供されている.1910年のErnst Fuchsによる最初の記述以来,唯一の治療選択肢はドナー角膜を用いた角膜移植であった.しかし,蓄積している証拠はこの「ルール」の変化が目前に迫っている可能性があることを示唆している.結論:本稿ではFECDの遺伝学および病態生理学の現在の知識をレビューし,この障害の新しい治療法として有望ないくつかの強力な治療法を紹介する.

人対人の言語コミュニケーションに対する交差脳神経メカニズム

A cross-brain neural mechanism for human-to-human verbal communication
J. Hirsch, J. Adam Noah, X. Zhang S. Dravida and Y. Ono
Social cognitive and affective neuroscience, vol. 13, no. 9, pp.907-920, 2018.

動的な社会的相互作用を仲介する神経メカニズムは,その進化の重要性にも関わらず,依然として研究が進んでいない.インタラクティブブレイン仮説は,相互的な社会的合図が専用の脳基盤によって処理されるということを提案しており,社会的相互作用の根底にある神経メカニズムを調査するための一般的な理論的枠組みを提供する.我々は,会話と聞き取りに基づいた社会的相互作用時に標準的な言語領域が脳間で増加し,動的に結合されるというこの仮説の具体的な事例を実験する.自然な環境で相互作用がある場合とない場合でObject NamingタスクとDescriptionタスクを実行し,交互に会話と聞き取りを行なう相手の脳のデオキシヘモグロビン信号を機能的近赤外分光法を用いて同時に取得した.相互的と非相互的条件の比較により,相互作用時に上側頭回を含むウェルニッケ野に関連する神経活動の増加が確認された(P=0.04).ところが,仮説はブローカ野に対しては支持されなかった.上側頭回や中心下領域に由来する信号のウェーブレット分析により定められるクロスブレインコヒーレンスは非相互作用時より相互作用時の方がより大きかった(P<0.01).インタラクティブブレイン仮説の裏付けとして,これらの知見は対人情報を共有する経路に特化した,動的に結合されたクロスブレインの神経メカニズムを示唆する.

熟練のマインドフルネス瞑想の実践者と対照群の時間推定の心理生理学

Psychophysiology of duration estimation in experienced mindfulness meditators and matched controls
Otten, Simone and Schotz, Eva and Wittmann, Marc and Kohls, Niko and Schmidt, Stefan and Meissner, Karin
Frontiers in psychology, vol.6, pp.1-15, 2015

最近の研究では,身体的な信号と内受容感覚は私たちの時間感覚と強く関連していることが示唆されている.マインドフルネス瞑想の実践者は身体の状態を認知するために訓練を受け,間隔のタイミングに対してより正確になる可能性がある.この研究では,心拍数および皮膚コンダクタンスを連続的に評価しながら,22人の熟練のマインドフルネス瞑想の実践者及び,22人の年齢を合わせた対照群を8,14及び20秒間隔の聴覚及び視覚持続再生タスクを行った.さらに,被験者は心拍知覚課題と2つの選択的注意課題を行った.その結果,持続再生または注意能力のパフォーマンスに関して,瞑想実践者と対照群の間に差異がないことを明らかにした.さらに,心拍知覚スコアにおける2群の差は見られなかった.すべての被験者における相関分析において,持続再生タスクにおけるパフォーマンスと心理生理学的変化との間のいくつかの関連性を明らかにした.後者は心拍知覚スコアとも相関がみられた.さらに,聴覚持続時間推定タスク中の線形的に増加する心拍周期及び,減少する皮膚コンダクタンスレベルの以前の所見は再現可能であり,これらの変化は視覚持続再生タスク中にも観察されうる.これまでの所見とは対照的に,心拍知覚テストはタイミングのパフォーマンスと相関はなかった.全体的に見て,熟練した瞑想実践者は,持続再生と内受容認知に関して対照群と異ならなかったが,この研究は時間知覚が自律調整および身体状態の認識に関連しているという新たな見解を有意に追加する.

高解像度パターン認識を用いた脳年齢の推定:長期瞑想実践者の若い脳

Estimating brain age using high-resolution pattern recognition: Younger brains in long-term meditation practitioners
Luders, Eileen and Cherbuin, Nicolas and Gaser, Christian
Neuroimage, vol.134, pp. 508–513, 2016

正常な老化は,脳の物質の喪失を伴うことが知られている.本研究は,瞑想の実践が脳の年齢の低下に関連しているかどうかを調べることを目的としている.中年期は老化プロセスがより顕著になることが知られている時代であるため,特定の焦点は50歳以上を対象としていた.我々は,脳の年齢の解剖学的相関を同定するために訓練された最近開発された機械学習アルゴリズムを適用して,それらを1つの単一スコア:BrainAGE指数(年)に変換した.高次元のパターン認識に基づいたこの検証されたアプローチを使用して,我々は,50人の長期瞑想者と50人の対照被験者の大規模なサンプルを再解析し,脳の年齢を推定し比較した.我々は,50歳瞑想者の脳は対照の脳よりも7.5歳若いと推定された.さらに,年齢の増加に伴い脳年齢の推定値が変化するかどうかを調べた.脳の年齢の推定値は対照群ではほんのわずかしか変化しなかったが,瞑想者には重大な変化が検出された.50歳を超える人の脳は,同年代よりもさらに1か月と22日若いと推定された.全体的に,これらの知見は瞑想が脳保存に有益であり一生を通して脳老化の一貫して遅い速度で年齢関連萎縮症を効果的に防御することを示唆しているようである.