脳損傷と慢性健康症状患者の構造的接続特徴研究 学術的背景 外傷性脳損傷（Traumatic Brain Injury、TBI）は、外傷後の死亡と障害の主要な原因の一つです。軽度から中等度のTBIであっても、多くの患者は「脳震盪後症候群」と呼ばれる複雑な症状群を経験します。この症状群には、頭痛、めまい、疲労、そしてさまざまな認知、感覚及び情動症状が含まれています。これらの症状の根本的な病理生理学の一つは、拡散性軸索損傷（Diffuse Axonal Injury、DAI）であり、この病理は脳ネットワーク間の断絶を引き起こし、脳ネットワークの完全性を破壊すると考えられています。しかし、伝統的なCTやMRI画像ではこれらの損傷を明確に捉えることが難しいため、DAIの検出と評価は挑戦を伴います。 近...
神経細胞分類の革新的融合：ヒトとマウスの電気生理学データに基づく共通情報 科学界では長年にわたり、神経細胞の分類に関する大きな課題が存在しています。神経細胞を正確に分類することは、健康および疾患状態における脳の機能を理解するために非常に重要です。Bar-Ilan UniversityのOfek Ophir、Orit Shefi、およびOfir Lindenbaumが主導するこの研究は、《Neuroinformatics》誌に発表されており、ヒトとマウスからの電気生理学データを統合的に使用して神経細胞を分類するための新しい機械学習フレームワークを提案しています。 研究背景 神経細胞は神経系の基本単位であり、Ramon y Cajalが1995年に発表した《人と脊椎動物の神経系の組織学》以来、そ...
神経情報学分野における新たな突破口：Cadenceツールを用いたカルシウムイベント検出に関する研究報告 背景紹介 カルシウムイメージング技術は、神経細胞集団の研究に革命をもたらし、研究者に多数の神経細胞の活動を同時に可視化および監視する強力なツールを提供しています。カルシウムイメージングは蛍光カルシウム指示薬を利用し、これらの指示薬は細胞内カルシウムレベルの変化に伴い発光し、そのカルシウムレベルは神経細胞の活動と密接に関連しています。これらの蛍光変化をイメージングすることにより、研究者は神経細胞集団の動態をリアルタイムで取得し、複雑な神経回路やネットワークを研究することができます。 カルシウムイメージングは相対的な蛍光変化δf/f曲線を生成することができますが、神経細胞集団を研究する科学者は...
ベイズ多層グラフ分類器を使用した機能的脳連結研究 研究背景と問題提起 近年、高齢者の認知制御に対する研究がますます重視されています。特に人口の高齢化が進行する中で、高齢者の認知機能を理解することが一層重要になっています。これは医療コストに関わるだけでなく、高齢化社会がもたらす重大な経済的および社会的影響があるためです。高齢者が認知制御タスクを行う際の脳機能連結の変化を研究することは、認知神経科学の領域に貴重な見識を提供します。本研究は、機能的磁気共鳴画像（fMRI）データを通じて、認知機能の低下と脳各領域間の相互関係の連動性を探りました。 論文の出典と著者情報 本研究は、Sharmistha Guha、Jose Rodriguez-Acosta、および Ivo D. Dinov によって執筆...
学术背景 高グレード神経膠腫患者の認知機能は腫瘍の位置と体積の影響を受けるという事実は広く認識されています。しかし、術前および術後の個別化治療決定のために個々の患者の認知機能を正確に予測する方法に関する研究は依然として限られています。現在、大多数の研究は異なる腫瘍の位置が認知機能にどのように影響するかの説明に集中していますが、これらの位置表示が実際の予測に使用できるかどうかは詳細には検討されていません。また、現在使用されている多くの方法は集団平均の脳地図に基づいており、この方法は個々の差異を正確に反映できない可能性があります。本研究は、集団平均脳地図、ランダムに生成された地図、および主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）に基づく表示を含む異なる腫瘍位...
神経情報学研究：多カメラシステムによる神経解剖学3Dモデルの撮影 学術背景 中枢神経系の外科解剖学、特に頭蓋骨と脊柱は極めて複雑な三次元（3D）構造を持ち、学習者がそれぞれの構造間の複雑な関係を完全に理解するのは難しいです。これらの解剖学的関係を正確に理解し、3D認識を持つことは、安全な脳外科手術を行い、手術合併症を減少させるために非常に重要です。現在、教科書と図譜は人間の解剖学と脳外科を教える標準的方法となっています（Rhoton, 2023）。しかし、死体解剖は神経外科解剖学の最も現実的なモデルと見なされていますが（Sotgiu et al., 2020）、そのコストは高く、すべての神経外科および解剖学コースで普及しているわけではありません。したがって、実験室での学習にアクセスできない学...
MRQA：MRIプロトコル非適合の広範な問題を解決するためのツール 背景紹介 近年、大規模神経画像データセットは、脳と行動の関係を研究する上で極めて重要な役割を果たしています。例えば、アルツハイマー病神経画像計画（ADNI）、ヒトコネクトームプロジェクト（HCP）、および青年脳認知発達（ABCD）研究などがあります。これらのデータセットは、通常複数のサイトや異なるスキャナーモデルで収集されます。しかし、サイト間や機器間でのデータ収集には、イメージングパラメータの一貫性の欠如という重大な問題があります。このパラメータの不一致はデータ品質に深刻な影響を及ぼし、信号対雑音比（SNR）および統計的効力を低下させ、研究結果を無効にする可能性さえあります。 従来、MRIスキャンプロトコルの一貫性を確保す...
ベイズテンソルモデルに基づくアルツハイマー病の画像分類 はじめに 神経画像学研究は現代の神経科学の重要な部分であり、我々の脳構造と機能への理解を大いに豊かにしました。これらの非侵襲的なビジュアライゼーション技術を通じて、研究者は特定の神経および精神疾患のリスクをより正確に予測し、早期段階での介入と治療を行うことができるため、患者の健康と生活の質を改善することができます。特にアルツハイマー病（Alzheimer’s Disease、以下AD）の研究において、神経画像学は貴重な病理メカニズムの洞察を提供し、病状の進行を追跡し、早期症状を識別し、他の認知症の原因を区別することができます。 しかし、神経画像データの処理には、データの空間依存性、高次元性およびノイズなど複数の重大な課題があり、適切な神...
PEDアルゴリズムを用いた自閉スペクトラム症の診断バイオマーカーの識別 神経情報科学の領域では、自閉スペクトラム症（ASD）の研究は主に脳領域間の双方向接続関係に焦点を当てており、脳領域の高次相互作用異常にはあまり触れられていません。脳領域の複雑な関係を探るため、著者らは部分エントロピー分解（Partial Entropy Decomposition, PED）アルゴリズムを採用し、三つの脳領域（トリオード）の高次相互依存性を計算することで高次相互作用を捉えました。本論文では、PEDと代替検証法に基づく方法を提案し、単一の脳領域が三重脳領域に及ぼす影響を検証し、重要な三重脳領域を見つけました。さらに、超グラフモジュール最適化アルゴリズムを用いて高次脳構造を明らかにし、ASDでは右脳と左脳の接...
3Tと1.5T fMRI指標の信頼性と感度に基づくTMSターゲット選択の向上 [DOI: 10.1007/s12021-024-09667-5], 本稿は《Neuroinformatics》に掲載された 背景紹介 初期の機能的磁気共鳴画像法（fMRI）の応用は主に認知過程の推論に集中していた。しかし、現代医学はその応用を術前計画や疾患鑑別など、さらに多くの臨床用途に徐々に広げている。反復経頭蓋磁刺激（rTMS）治療の臨床応用において、fMRIはTMSターゲット選択の最適化や治療効果の向上の可能性を示している。特に主要抑うつ症（MDD）の患者に対して、米国食品医薬品局（FDA）はfMRI指導の個別化治療プロトコルを承認している。しかし、現状ではほとんどの研究が3Tのスキャナーに集中しており、多...