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...

脳組織分割のための強化型スペーシャルファジィC平均アルゴリズム研究報告 学術背景 磁気共鳴画像（MRI）は神経学において重要な役割を果たしており、特に脳組織の正確な分割において顕著です。正確な組織分割は脳損傷や神経変性疾患の診断にとって不可欠です。MRIデータの分割は、同様の強度、テクスチャ、および均一性を持つ異なる領域に画像を分割することを伴います。これは医学画像解析における重要なタスクです。特に、脳白質（White Matter, WM）、灰質（Gray Matter, GM）、および脳脊髄液（Cerebrospinal Fluid, CSF）などの脳組織の区別において、正確な組織分割と病変の分離は、医療専門家が脳損傷および神経変性疾患を診断する能力を大幅に向上させることができます。 し...

MRIO: 磁気共鳴イメージング取得および分析オントロジー 磁気共鳴イメージング（MRI）は、非侵襲的に組織の内部構造を三次元的に可視化するための生物医学的イメージング技術です。MRIは人間の脳の構造と機能の研究に広く用いられ、神経系疾患の診断においても強力なツールです。しかし、MRIデータを効果的に管理および分析する方法は常に課題となっています。この課題に対処するために、Alexander Bartnik らは「MRIO」と呼ばれる磁気共鳴イメージング取得および分析オントロジーを開発しました。 研究背景 MRI技術は、人体内部の画像を非侵襲的に取得できるため、臨床および研究において広く使用されています。臨床では、MRIは神経疾患の診断に用いられ、病変の位置と程度を評価して治療の指針を提供し...

科学実験による脳震盪後の急性軸索病理の性差 学術的背景 毎年、世界でおよそ5000万人が脳震盪、または軽度外傷性脳損傷（TBI）に見舞われています。しかし、15%以上の患者に対して、この「軽度」という脳損傷が長期間にわたる神経認知機能障害を引き起こすことがあります。現在の共通理解によれば、脳震盪は脳のネットワーク接続および機能の急性構造および生理的な破壊を引き起こし、特に白質に広がる軸索病理、すなわちびまん性軸索損傷（Diffuse Axonal Injury、DAI）を引き起こすことが分かっています。近年の研究では、脳震盪の主要な病理基質が白質軸索の損傷であることが示されており、男性と女性の間で脳震盪後の病理結果に差異がある可能性があることが報告されています。 男性が緊急治療室に来る脳震盪...

Neurohackademy：オンラインとオフラインを組み合わせた神経情報学の教育 背景紹介 近年、人類神経科学はビッグデータの時代に突入しています。人類コネクトーム計画（Human Connectome Project）、青少年脳認知発達（ABCD）研究などのプロジェクトのおかげで、科学者たちは以前には想像もできなかった規模と範囲のデータセットを取得することが可能となりました。これらのデータセットは基礎および臨床研究において重要な科学的潜在力を持っています。しかし、これらのデータセットは研究者に対して新たな挑戦ももたらしています。データの生成、処理、アクセス、分析、理解などがその一例です。特に大きな課題として、「ビッグデータスキルギャップ」と呼ばれるものがあります。これらのデータセットを活...

光学自旋軌道耦合の広帯域色差空間微分イメージング 背景紹介 画像処理において、従来の空間微分は通常デジタル電子計算によって行われます。しかし、多くのビッグデータアプリケーションではリアルタイムかつ高スループットな画像処理が求められており、これはデジタル計算にとって大きな挑戦です。光学的なアナログ空間微分はこの挑戦を克服する可能性があります。なぜなら、低エネルギーで全ての画像を大規模に並行処理できるからです。さらに、光学的な空間微分は純粋な位相物体（例：透明な生物細胞）のイメージングも可能であり、これはデジタル電子計算では実現不可能です。このため、光学的な微分は最近広く注目されており、ラベルフリーセルイメージング、画像処理、コンピュータビジョンなどの分野で広範な応用があります。 論文出典 本論...