平成17（2005）年度　共同研究集会実施報告書

課題番号	17−共研−4006			専門分類		5
研究課題名	21世紀の診断工学とその周辺
フリガナ 代表者氏名	コンノ　ヒデトシ 金野　秀敏			ローマ字		Konno Hidetoshi
所属機関	筑波大学
所属部局	システム情報工学研究科
職　　名	教授
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配分経費	研究費	0千円	旅　費		0千円		研究参加者数	50　人

研究目的と成果（経過）の概要

医学・工学を問わず，非侵襲・非破壊的な手法に基づく正確な診断を行うための技術の開発はますます重要性を増している．これらの分野では，共通の問題構造を有する診断工学的問題(逆問題)に対して様々なアプローチが必要とされており，この問題に対する分野横断的な視点に基づく有益な方法論の提案が期待されているが，各分野間の相互作用を意図した取り組みは依然として十分とはいえない．
本研究会では，医学・工学にまたがる様々な分野の研究者の参加を募り，領域横断的な視点から逆問題をとらえ，共通の問題構造の発見やその解法の提案と相互の交流を行う．本年度は，「複雑系におけるコヒーレンスとノイズ」をキーワードとして，脳神経科学および臨床的な脳機能診断の高度化に関する最も重要な先端的技術である，脳波(EEG)・脳磁図(MEG)・fMRI・光トポグラフィを用いた非侵襲脳機能計測における逆問題解析，および，地震予知解析，環境リスク問題，音声処理，幼児の知能獲得過程に関連した複雑なシステムの同定に対する統計的なアプローチを中心に，それぞれの分野における第一線の研究者による特別講演と関連する話題についての一般講演を行う．また，システムノイズと観測ノイズを含む，「FitzHugh-Nagumo神経興奮物理モデル」からの時系列を用いたベンチマークテストも計画した．これらの講演と議論を通じて，EEG・MEG・fMRIデータ解析分野の研究者と，非定常解析・非線形時系列解析等の逆問題・統計数理解析の研究者との相互交流を行い，領域横断的な本研究分野における相乗的な発展の可能性を検討することを目的とした．
(I) 一般講演（１３件) 医学・工学における逆問題に関する，様々な分野の研究者相互の交流を深め，領域横断的な研究の推進を目指して，以下のテーマを含む一般講演があった．講演内容は多岐にわたり，非侵襲脳機能計測技術，脳波・脳磁図逆問題，非定常解析，ウエーブレット解析，ベイズ推定，非線形時系列解析，情報幾何，フィードバックシステム同定，カオス，非線形モデリング，ニューラルネットワーク，プラント診断，数値計算法，複雑系などに関連した実データ解析や数値解析の発表があった． 自由度の数，信号混合様式，観測雑音混合様式の異なるシミュレーションデータに対する多面的な解析(脳内電流源分布解析，多変量ARモデル，非線形確率過程，ニューラルネットワーク解析，ウエーブレット解析など)の技術開発およびその有効性に関する議論・比較検討を行なった.
(II) 脳神経科学,　複雑系における逆問題の現状と問題点に関する次の特別講演（４件）を実施した．
(1) 村田昇　先生（早大）「スパースコーディングの理論と応用」
(2) E. Bagalinao, 中井敏晴　先生（産総研, 国立長寿医療センター）　
「計算グリッドを用いた脳画像処理システムの開発」
(3) 林初男　先生（九工大）「脳の複雑な自発活動が関与した記憶機能：海馬神経回路網モデル」
(4) 五百鬼頭正　先生（複雑系応用技研）「診断・予測へのカオスの応用」
が行われ、活発な意見交換や議論が行われた．
(III) ベンチマークテスト
「確率フィッツフー・南雲モデル」から作成した神経興奮パルスのバースト時系列信号を用いたベンチマークテストを実施した．２グループでの解析が発表され、各方法の有効性が議論された．また，パラメータを定性的に把握するための物理的考察方法も説明された．

当該研究に関する情報源（論文発表、学会発表、プレプリント、ホームページ等）

H. Konno, Contraction of Information on Brain Wave Fluctuations by Information Geometrical Approach, CP780, Noise and Fluctuation, Eds. T. Gonalez et al (2005) 591-595.

H. Konno and F. Watanabe, Universal Statistics for a Class of Generalized Cauchy Processes, (2005) Preprint.

K. Kiyono et al. , Critical Scale Invaliance in a Healthy Human Heart Rate, Physical Review Letters, 93 (2004) 178103.

K. Kiyono et al. , Phase Transition in a Healthy Human Heart Rate, Physical Review Letters, 95 (2005) 058101.

R. Saji and S. Horihata, Nonlinear Characteristics in Japanese Vowels: analysis of voice and EGG data measured simultaneously at sampling rate of 96kHz, preprint.

M. Sekino et al. , A method for NMR imaging of a magnetic field generated by electric current, IEEE Trans. Magn. 40 (2004) 2188-2190.

M. Sekino, Y. Inoue and S. Ueno, Magnetic resonance imaging of mean values and anisotropy of electrical conductivity in the human brain, Neurol. Clin. Neutophysiol. 55 (2004) 1-5.

A. Itai et al., Multi-layer Neural Network for Precursor Signal Detection in Electromagnetic Wave Observation Applied to Great Earthquake Prediction, NSIP2005, (2005) pp.357-362.

K. Kishida, Blind Identification of Brain Mechanism in MEG, Proc. 2005 IEEE International Symposium on Circuits and Systems, (2005) pp. 5694-5697.

大聖一郎ほか、「音声信号のリカレンスプロット分析」、複雑現象工学、プレアデイス
出版、(2005) pp. 135-157.

章宏、石川真澄，刈り込み付きハイブリッド実数コード遺伝的アルゴリズム、信学技報、Vol. 105 , No. 211 (2005) pp. 13-18.

Y. Miyawaki and M. Okada, Network model of inhibitory effects induced by transcarnial magnetic simulation, Neural Computation 16 (2004) 309-331.

研究参加者一覧
氏名	所属機関
Andreas Galka	ドイツ、Kiel大学
五百旗頭　正	複雑系応用技術研究所
伊賀　達成	大阪大学
石川　真澄	九州工業大学
板井　陽俊	愛知県立大学
井上　雄二郎	島根大学
岩木　直	産業技術総合研究所
梅野　健	情報通信研究機構
Epifanio　Bagarinao	産業技術研究機構
岡本　良夫	千葉工業大学
尾崎　統	統計数理研究所
小幡　常啓	群馬工業高等専門学校
片山　徹	京都大学
兼本　茂	会津大学
樺島　祥介	東京工業大学
岸田　邦治	岐阜大学
北川　源四郎	統計数理研究所
清野　健	東京大学
寒河江　雅彦	岐阜大学
佐治　量哉	東京大学
章　宏	九州工業大学
鈴木　貴	大阪大学
鈴土　知明	日本原子力研究所
関野　正樹	東京大学
大　聖一郎	奈良女子大学
竹内　豊	東芝
田村　守	北海道大学
田村　義保	統計数理研究所
寺園　泰	情報通信研究機構　関西先端研究センター
中井　敏晴	国立長寿医療センター研究所
中村　佳正	大阪大学
鍋島　邦彦	日本原子力研究所
奈良　高明	東京大学
長谷川　博	茨城大学
羽田野　祐子	筑波大学
林　光二	日本原子力研究所
林　初男	九州工業大学
福水　健次	統計数理研究所
藤巻　則夫	通信総合研究所、（九州工業大学）
堀畑　聡	日本大学
眞渓　歩	東京大学
松内　一雄	筑波大学
宮脇　陽一	理化学研究所
村田　昇	早稲田大学
元田　浩	大阪大学
安川　博	愛知県立大学
山田　澄	摂南大学
鷲尾　隆	大阪大学
渡辺　史紀	東京電力?