研究者業績

吉本 潤一郎

ヨシモト ジュンイチロウ  (Junichiro Yoshimoto)

基本情報

所属
藤田医科大学 医学部 医学科 教授
株式会社国際電気通信基礎技術研究所 脳情報通信総合研究所 客員研究員
奈良先端科学技術大学院大学 先端科学技術研究科情報科学領域 客員教授
学位
博士(工学)(2002年9月 奈良先端科学技術大学院大学)

J-GLOBAL ID
200901094345074980
researchmap会員ID
1000301373

主要な論文

 84
  • Takayuki Kannon, Satoshi Murashige, Tomoki Nishioka, Mutsuki Amano, Yasuhiro Funahashi, Daisuke Tsuboi, Yukie Yamahashi, Taku Nagai, Kozo Kaibuchi, Junichiro Yoshimoto
    Frontiers in Molecular Neuroscience 17 2024年4月2日  査読有り最終著者責任著者
    Protein phosphorylation, a key regulator of cellular processes, plays a central role in brain function and is implicated in neurological disorders. Information on protein phosphorylation is expected to be a clue for understanding various neuropsychiatric disorders and developing therapeutic strategies. Nonetheless, existing databases lack a specific focus on phosphorylation events in the brain, which are crucial for investigating the downstream pathway regulated by neurotransmitters. To overcome the gap, we have developed a web-based database named “Kinase-Associated Neural PHOspho-Signaling (KANPHOS).” This paper presents the design concept, detailed features, and a series of improvements for KANPHOS. KANPHOS is designed to support data-driven research by fulfilling three key objectives: (1) enabling the search for protein kinases and their substrates related to extracellular signals or diseases; (2) facilitating a consolidated search for information encompassing phosphorylated substrate genes, proteins, mutant mice, diseases, and more; and (3) offering integrated functionalities to support pathway and network analysis. KANPHOS is also equipped with API functionality to interact with external databases and analysis tools, enhancing its utility in data-driven investigations. Those key features represent a critical step toward unraveling the complex landscape of protein phosphorylation in the brain, with implications for elucidating the molecular mechanisms underlying neurological disorders. KANPHOS is freely accessible to all researchers at https://kanphos.jp.
  • Wan-Ru Li, Takashi Nakano, Kohta Mizutani, Takanori Matsubara, Masahiro Kawatani, Yasutaka Mukai, Teruko Danjo, Hikaru Ito, Hidenori Aizawa, Akihiro Yamanaka, Carl C.H. Petersen, Junichiro Yoshimoto, Takayuki Yamashita
    Current Biology 2023年8月  査読有り責任著者
  • Panyawut Sri-iesaranusorn, Ryoichi Sadahiro, Syo Murakami, Saho Wada, Ken Shimizu, Teruhiko Yoshida, Kazunori Aoki, Yasuhito Uezono, Hiromichi Matsuoka, Kazushi Ikeda, Junichiro Yoshimoto
    Frontiers in Psychiatry 14 2023年6月27日  査読有り最終著者責任著者
    Background Phenotyping analysis that includes time course is useful for understanding the mechanisms and clinical management of postoperative delirium. However, postoperative delirium has not been fully phenotyped. Hypothesis-free categorization of heterogeneous symptoms may be useful for understanding the mechanisms underlying delirium, although evidence is currently lacking. Therefore, we aimed to explore the phenotypes of postoperative delirium following invasive cancer surgery using a data-driven approach with minimal prior knowledge. Methods We recruited patients who underwent elective invasive cancer resection. After surgery, participants completed 5 consecutive days of delirium assessments using the Delirium Rating Scale-Revised-98 (DRS-R-98) severity scale. We categorized 65 (13 questionnaire items/day × 5 days) dimensional DRS-R-98 scores using unsupervised machine learning (K-means clustering) to derive a small set of grouped features representing distinct symptoms across all participants. We then reapplied K-means clustering to this set of grouped features to delineate multiple clusters of delirium symptoms. Results Participants were 286 patients, of whom 91 developed delirium defined according to Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, Fifth Edition, criteria. Following the first K-means clustering, we derived four grouped symptom features: (1) mixed motor, (2) cognitive and higher-order thinking domain with perceptual disturbance and thought content abnormalities, (3) acute and temporal response, and (4) sleep–wake cycle disturbance. Subsequent K-means clustering permitted classification of participants into seven subgroups: (i) cognitive and higher-order thinking domain dominant delirium, (ii) prolonged delirium, (iii) acute and brief delirium, (iv) subsyndromal delirium-enriched, (v) subsyndromal delirium-enriched with insomnia, (vi) insomnia, and (vii) fit. Conclusion We found that patients who have undergone invasive cancer resection can be delineated using unsupervised machine learning into three delirium clusters, two subsyndromal delirium clusters, and an insomnia cluster. Validation of clusters and research into the pathophysiology underlying each cluster will help to elucidate the mechanisms of postoperative delirium after invasive cancer surgery.
  • Wenjun Bai, Okito Yamashita, Junichiro Yoshimoto
    Neural Networks 163 327-340 2023年6月  査読有り最終著者
  • Takanori Matsubara, Takayuki Yanagida, Noriaki Kawaguchi, Takashi Nakano, Junichiro Yoshimoto, Maiko Sezaki, Hitoshi Takizawa, Satoshi P. Tsunoda, Shin-ichiro Horigane, Shuhei Ueda, Sayaka Takemoto-Kimura, Hideki Kandori, Akihiro Yamanaka, Takayuki Yamashita
    Nature Communications 12(1) 2021年12月  査読有り
    <title>Abstract</title>Scintillators emit visible luminescence when irradiated with X-rays. Given the unlimited tissue penetration of X-rays, the employment of scintillators could enable remote optogenetic control of neural functions at any depth of the brain. Here we show that a yellow-emitting inorganic scintillator, Ce-doped Gd3(Al,Ga)5O12 (Ce:GAGG), can effectively activate red-shifted excitatory and inhibitory opsins, ChRmine and GtACR1, respectively. Using injectable Ce:GAGG microparticles, we successfully activated and inhibited midbrain dopamine neurons in freely moving mice by X-ray irradiation, producing bidirectional modulation of place preference behavior. Ce:GAGG microparticles are non-cytotoxic and biocompatible, allowing for chronic implantation. Pulsed X-ray irradiation at a clinical dose level is sufficient to elicit behavioral changes without reducing the number of radiosensitive cells in the brain and bone marrow. Thus, scintillator-mediated optogenetics enables minimally invasive, wireless control of cellular functions at any tissue depth in living animals, expanding X-ray applications to functional studies of biology and medicine.
  • Paul Rossener Regonia, Masahiro Takamura, Takashi Nakano, Naho Ichikawa, Alan Fermin, Go Okada, Yasumasa Okamoto, Shigeto Yamawaki, Kazushi Ikeda, Junichiro Yoshimoto
    Frontiers in Psychiatry 12 780997-780997 2021年11月25日  査読有り最終著者責任著者
    Our current understanding of melancholic depression is shaped by its position in the depression spectrum. The lack of consensus on how it should be treated—whether as a subtype of depression, or as a distinct disorder altogethe—interferes with the recovery of suffering patients. In this study, we analyzed brain state energy landscape models of melancholic depression, in contrast to healthy and non-melancholic energy landscapes. Our analyses showed significant group differences on basin energy, basin frequency, and transition dynamics in several functional brain networks such as basal ganglia, dorsal default mode, and left executive control networks. Furthermore, we found evidences suggesting the connection between energy landscape characteristics (basin characteristics) and depressive symptom scores (BDI-II and SHAPS). These results indicate that melancholic depression is distinguishable from its non-melancholic counterpart, not only in terms of depression severity, but also in brain dynamics.
  • Takashi Nakano, Masahiro Takamura, Haruki Nishimura, Maro G. Machizawa, Naho Ichikawa, Atsuo Yoshino, Go Okada, Yasumasa Okamoto, Shigeto Yamawaki, Makiko Yamada, Tetsuya Suhara, Junichiro Yoshimoto
    NeuroImage 118733-118733 2021年11月  査読有り最終著者責任著者
    <title>Abstract</title>Neurofeedback (NF) aptitude, which refers to an individual’s ability to change its brain activity through NF training, has been reported to vary significantly from person to person. The prediction of individual NF aptitudes is critical in clinical NF applications. In the present study, we extracted the resting-state functional brain connectivity (FC) markers of NF aptitude independent of NF-targeting brain regions. We combined the data in fMRI-NF studies targeting four different brain regions at two independent sites (obtained from 59 healthy adults and six patients with major depressive disorder) to collect the resting-state fMRI data associated with aptitude scores in subsequent fMRI-NF training. We then trained the regression models to predict the individual NF aptitude scores from the resting-state fMRI data using a discovery dataset from one site and identified six resting-state FCs that predicted NF aptitude. Next we validated the prediction model using independent test data from another site. The result showed that the posterior cingulate cortex was the functional hub among the brain regions and formed predictive resting-state FCs, suggesting NF aptitude may be involved in the attentional mode-orientation modulation system’s characteristics in task-free resting-state brain activity.
  • Tomoki Tokuda, Okito Yamashita, Yuki Sakai, Junichiro Yoshimoto
    Frontiers in Psychiatry 12 2021年8月18日  査読有り最終著者
    Recently, the dimensional approach has attracted much attention, bringing a paradigm shift to a continuum of understanding of different psychiatric disorders. In line with this new paradigm, we examined whether there was common functional connectivity related to various psychiatric disorders in an unsupervised manner without explicitly using diagnostic label information. To this end, we uniquely applied a newly developed network-based multiple clustering method to resting-state functional connectivity data, which allowed us to identify pairs of relevant brain subnetworks and subject cluster solutions accordingly. Thus, we identified four subject clusters, which were characterized as major depressive disorder (MDD), young healthy control (young HC), schizophrenia (SCZ)/bipolar disorder (BD), and autism spectrum disorder (ASD), respectively, with the relevant brain subnetwork represented by the cerebellum-thalamus-pallidum-temporal circuit. The clustering results were validated using independent datasets. This study is the first cross-disorder analysis in the framework of unsupervised learning of functional connectivity based on a data-driven brain subnetwork.
  • Tomoki Tokuda, Okito Yamashita, Junichiro Yoshimoto
    Neural Networks 142 269-287 2021年5月  査読有り最終著者
    In neuroscience, the functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a vital tool to non-invasively access brain activity. Using fMRI, the functional connectivity (FC) between brain regions can be inferred, which has contributed to a number of findings of the fundamental properties of the brain. As an important clinical application of FC, clustering of subjects based on FC recently draws much attention, which can potentially reveal important heterogeneity in subjects such as subtypes of psychiatric disorders. In particular, a multiple clustering method is a powerful analytical tool, which identifies clustering patterns of subjects depending on their FC in specific brain areas. However, when one applies an existing multiple clustering method to fMRI data, there is a need to simplify the data structure, independently dealing with elements in a FC matrix, i.e., vectorizing a correlation matrix. Such a simplification may distort the clustering results. To overcome this problem, we propose a novel multiple clustering method based on Wishart mixture models, which preserves the correlation matrix structure without vectorization. The uniqueness of this method is that the multiple clustering of subjects is based on particular networks of nodes (or regions of interest, ROIs), optimized in a data-driven manner. Hence, it can identify multiple underlying pairs of associations between a subject cluster solution and a ROI sub-network. The key assumption of the method is independence among sub-networks, which is effectively addressed by whitening correlation matrices. We applied the proposed method to synthetic and fMRI data, demonstrating the usefulness and power of the proposed method.
  • Takashi Nakano, Masahiro Takamura, Naho Ichikawa, Go Okada, Yasumasa Okamoto, Makiko Yamada, Tetsuya Suhara, Shigeto Yamawaki, Junichiro Yoshimoto
    Frontiers in psychiatry 11 400-400 2020年  査読有り最終著者責任著者
    Resting-state fMRI has the potential to help doctors detect abnormal behavior in brain activity and to diagnose patients with depression. However, resting-state fMRI has a bias depending on the scanner site, which makes it difficult to diagnose depression at a new site. In this paper, we propose methods to improve the performance of the diagnosis of major depressive disorder (MDD) at an independent site by reducing the site bias effects using regression. For this, we used a subgroup of healthy subjects of the independent site to regress out site bias. We further improved the classification performance of patients with depression by focusing on melancholic depressive disorder. Our proposed methods would be useful to apply depression classifiers to subjects at completely new sites.
  • Tokuda T, Yoshimoto J, Shimizu Y, Okada G, Takamura M, Okamoto Y, Yamawaki S, Doya K
    Scientific Reports 8(1) 2018年  査読有り
  • Tomoki Tokuda, Junichiro Yoshimoto, Yu Shimizu, Go Okada, Masahiro Takamura, Yasumasa Okamoto, Shigeto Yamawaki, Kenji Doya
    PLOS ONE 12(10) 2017年10月  査読有り
    We propose a novel method for multiple clustering, which is useful for analysis of high-dimensional data containing heterogeneous types of features. Our method is based on non-parametric Bayesian mixture models in which features are automatically partitioned (into views) for each clustering solution. This feature partition works as feature selection for a particular clustering solution, which screens out irrelevant features. To make our method applicable to high-dimensional data, a co-clustering structure is newly introduced for each view. Further, the outstanding novelty of our method is that we simultaneously model different distribution families, such as Gaussian, Poisson, and multinomial distributions in each cluster block, which widens areas of application to real data. We apply the proposed method to synthetic and real data, and show that our method outperforms other multiple clustering methods both in recovering true cluster structures and in computation time. Finally, we apply our method to a depression dataset with no true cluster structure available, from which useful inferences are drawn about possible clustering structures of the data.
  • Kosuke Yoshida, Yu Shimizu, Junichiro Yoshimoto, Masahiro Takamura, Go Okada, Yasumasa Okamoto, Shigeto Yamawaki, Kenji Doya
    PLOS ONE 12(7) 2017年7月  査読有り
    In diagnostic applications of statistical machine learning methods to brain imaging data, common problems include data high-dimensionality and co-linearity, which often cause over-fitting and instability. To overcome these problems, we applied partial least squares (PLS) regression to resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) data, creating a low-dimensional representation that relates symptoms to brain activity and that predicts clinical measures. Our experimental results, based upon data from clinically depressed patients and healthy controls, demonstrated that PLS and its kernel variants provided significantly better prediction of clinical measures than ordinary linear regression. Subsequent classification using predicted clinical scores distinguished depressed patients from healthy controls with 80% accuracy. Moreover, loading vectors for latent variables enabled us to identify brain regions relevant to depression, including the default mode network, the right superior frontal gyrus, and the superior motor area.
  • Kosuke Yoshida, Junichiro Yoshimoto, Kenji Doya
    BMC BIOINFORMATICS 18 2017年2月  査読有り
    Background: Advance in high-throughput technologies in genomics, transcriptomics, and metabolomics has created demand for bioinformatics tools to integrate high-dimensional data from different sources. Canonical correlation analysis (CCA) is a statistical tool for finding linear associations between different types of information. Previous extensions of CCA used to capture nonlinear associations, such as kernel CCA, did not allow feature selection or capturing of multiple canonical components. Here we propose a novel method, two-stage kernel CCA (TSKCCA) to select appropriate kernels in the framework of multiple kernel learning. Results: TSKCCA first selects relevant kernels based on the HSIC criterion in the multiple kernel learning framework. Weights are then derived by non-negative matrix decomposition with L1 regularization. Using artificial datasets and nutrigenomic datasets, we show that TSKCCA can extract multiple, nonlinear associations among high-dimensional data and multiplicative interactions among variables. Conclusions: TSKCCA can identify nonlinear associations among high-dimensional data more reliably than previous nonlinear CCA methods.
  • Taku Nagai, Junichiro Yoshimoto, Takayuki Kannon, Keisuke Kuroda, Kozo Kaibuchi
    Trends in pharmacological sciences 37(10) 858-871 2016年10月  査読有り招待有り
    Dopamine signaling in the brain is a complex phenomenon that strongly contributes to emotional behaviors. Medium spiny neurons (MSNs) play a major role in dopamine signaling through dopamine D1 receptors (D1Rs) or dopamine D2 receptors (D2Rs) in the striatum. cAMP/protein kinase A (PKA) regulates phosphorylation signals downstream of D1Rs, which affects the excitability of MSNs, leading to reward-associated emotional expression and memory formation. A combination of phosphoproteomic approaches and the curated KANPHOS database can be used to elucidate the physiological and pathophysiological functions of dopamine signaling and other monoamines. Emerging evidence from these techniques suggests that the Rap1 pathway plays a crucial role in the excitability of MSNs, leading to the expression of emotional behaviors.
  • Junichiro Yoshimoto, Masa-Aki Sato, Shin Ishii
    Intelligent Automation and Soft Computing 17(1) 71-94 2011年  査読有り筆頭著者
    This paper presents a variational Bayes (VB) method for normalized Gaussian network, which is a mixture model of local experts. Based on the Bayesian framework, we introduce a meta-learning mechanism to optimize the prior distribution and the model structure. In order to search for the optimal model structure efficiently, we also develop a hierarchical model selection method. The performance of our method is evaluated by using function approximation problems and an system identification problem of a nonlinear dynamical system. Experimental results show that our Bayesian framework results in the reduction of generalization error and achieves better function approximation than existing methods within the finite mixtures of experts family whim the number of training data is fairly small.
  • Takashi Nakano, Tomokazu Doi, Junichiro Yoshimoto, Kenji Doya
    PLOS COMPUTATIONAL BIOLOGY 6(2) e1000670 2010年2月  査読有り
    Corticostriatal synapse plasticity of medium spiny neurons is regulated by glutamate input from the cortex and dopamine input from the substantia nigra. While cortical stimulation alone results in long-term depression (LTD), the combination with dopamine switches LTD to long-term potentiation (LTP), which is known as dopamine-dependent plasticity. LTP is also induced by cortical stimulation in magnesium-free solution, which leads to massive calcium influx through NMDA-type receptors and is regarded as calcium-dependent plasticity. Signaling cascades in the corticostriatal spines are currently under investigation. However, because of the existence of multiple excitatory and inhibitory pathways with loops, the mechanisms regulating the two types of plasticity remain poorly understood. A signaling pathway model of spines that express D1-type dopamine receptors was constructed to analyze the dynamic mechanisms of dopamine- and calcium-dependent plasticity. The model incorporated all major signaling molecules, including dopamine- and cyclic AMP-regulated phosphoprotein with a molecular weight of 32 kDa (DARPP32), as well as AMPA receptor trafficking in the post-synaptic membrane. Simulations with dopamine and calcium inputs reproduced dopamine- and calcium-dependent plasticity. Further in silico experiments revealed that the positive feedback loop consisted of protein kinase A (PKA), protein phosphatase 2A (PP2A), and the phosphorylation site at threonine 75 of DARPP-32 (Thr75) served as the major switch for inducing LTD and LTP. Calcium input modulated this loop through the PP2B (phosphatase 2B)-CK1 (casein kinase 1)-Cdk5 (cyclin-dependent kinase 5)-Thr75 pathway and PP2A, whereas calcium and dopamine input activated the loop via PKA activation by cyclic AMP (cAMP). The positive feedback loop displayed robust bi-stable responses following changes in the reaction parameters. Increased basal dopamine levels disrupted this dopamine-dependent plasticity. The present model elucidated the mechanisms involved in bidirectional regulation of corticostriatal synapses and will allow for further exploration into causes and therapies for dysfunctions such as drug addiction.
  • Junichiro Yoshimoto, Masaya Nishimura, Yoichi Tokita, Shin Ishii
    Artificial Life and Robotics 9(2) 67-71 2005年5月  査読有り筆頭著者
    Reinforcement learning (RL) has been applied to constructing controllers for nonlinear systems in recent years. Since RL methods do not require an exact dynamics model of the controlled object, they have a higher flexibility and potential for adaptation to uncertain or nonstationary environments than methods based on traditional control theory. If the target system has a continuous state space whose dynamic characteristics are nonlinear, however, RL methods often suffer from unstable learning processes. For this reason, it is difficult to apply RL methods to control tasks in the real world. In order to overcome the disadvantage of RL methods, we propose an RL scheme combining multiple controllers, each of which is constructed based on traditional control theory. We then apply it to a swinging-up and stabilizing task of an acrobot with a limited torque, which is a typical but difficult task in the field of nonlinear control theory. Our simulation result showed that our method was able to realize stable learning and to achieve fairly good control. © ISAROB 2005.
  • 吉本 潤一郎, 石井 信, 佐藤 雅昭
    電子情報通信学会論文誌. D-2, 情報・システム 2-パターン処理 83(3) 1024-1033 2000年3月25日  査読有り筆頭著者
    acrobotは2リンク2関節からなるロボットで, 第2関節のみにアクチュエータが存在する.acrobotは非線形なダイナミックスをもち, 状態変数及び制御変数の空間がともに連続であるために, 強化学習によってこの制御を獲得することは難しい課題の一つである.本論文では, acrobotをバランスする制御に強化学習を応用する.我々の強化学習法はactor-criticアーキテクチャを用いて学習が行われる.actorは現在の状態に対して制御信号を出力し, criticは将来を通して得られる報酬の累積(期待報酬)を予測する.actorとcriticはともに正規化ガウス関数ネットワークによって近似され, オンラインEMアルゴリズムを用いて学習が行われる.また, criticの学習を促進させるための新たな手法を導入する.本手法が少ない試行回数から良い制御を獲得できることを計算機シミュレーションの結果により示す.

MISC

 70
  • 貞廣 良一, Sri-iesaranusorn Panyawut, 村上 渉, 和田 佐保, 清水 研, 吉田 輝彦, 青木 一教, 上園 保仁, 松岡 弘道, 池田 和司, 吉本 潤一郎
    総合病院精神医学 35(Suppl.) S-173 2023年11月  
  • 中野高志, 中野高志, 高村真広, 西村春輝, 町澤まろ, 市川奈穂, 吉野敦雄, 岡田剛, 岡本泰昌, 岡本泰昌, 山脇成人, 山田真希子, 須原哲也, 吉本潤一郎
    日本神経化学会大会抄録集(Web) 65th 2022年  
  • 高村真広, 高村真広, 中野高志, 中野高志, 西村春輝, 西村春輝, 町澤まろ, 市川奈穂, 吉野敦雄, 吉野敦雄, 岡田剛, 岡本泰昌, 岡本泰昌, 山脇成人, 山田真希子, 山田真希子, 須原哲也, 吉本潤一郎, 吉本潤一郎
    日本神経化学会大会抄録集(Web) 65th 2022年  
  • 中野高志, 中野高志, 高村真広, 西村春輝, 町澤まろ, 市川奈穂, 岡本泰昌, 山脇成人, 山田真希子, 須原哲也, 吉本潤一郎, 吉本潤一郎
    人工知能学会全国大会(Web) 36th 2022年  
  • Yuji Takahara, Yuto Kashiwagi, Tomoki Tokuda, Junichiro Yoshimoto, Yuki Sakai, Ayumu Yamashita, Toshinori Yoshioka, Koichi Ogawa, Okito Yamashita, Mitsuo Kawato
    The 33rd. ECNP Congress 2020年9月  
  • Yuto Kashiwagi, Tomoki Tokuda, Yuji Takahara, Yuki Sakai, Junichiro Yoshimoto, Ayumu Yamashita, Toshinori Yoshioka, Koichi Ogawa, Okito Yamashita, Mitsuo Kawato
    The 33rd. ECNP Congress 2020年9月  
  • 徳田 智磯, 山下 宙人, 吉本 潤一郎
    第43回日本神経科学大会 1O11a-1 2020年7月  
  • Yamamoto, T, Yoshimoto, J
    9th World Congress of Behavioural & Cognitive Therapies, Berlin, Poster Abstracts. 2019年7月  
  • 吉本 潤一郎
    情報・システムソサイエティ誌 24(1) 6-7 2019年  
  • 黒田 啓介, 永井 拓, 天野 睦紀, 吉本 潤一郎, 観音 隆幸, 西岡 朋生, 臼井 支朗, 貝淵 弘三
    日本薬理学会年会要旨集 92 1-P-132 2019年  
    <p>Protein phosphorylation is a major and essential post-translational modification in eukaryotic cells that plays a critical role in various cellular processes. While recent advances in mass spectrometry based proteomics allowed us to identify approximately 200,000 phosphorylation sites, it is not fully understood which sites are phosphorylated by a specific kinase and which extracellular stimuli regulate the protein phosphorylation via intracellular signaling cascades. Recently, we have developed an in vitro approach termed the kinase-interacting substrate screening (KISS) method and an in vivo approach termed kinase-oriented substrate screening (KIOSS) method. Using KIOSS method, we analyzed the phosphorylation signals downstream of dopamine in mouse striatal slices, and found that about 100 proteins including ion channels and transcription factors were phosphorylated probably by PKA or MAPK. Here, we present an on-line database system which provides the phosphorylation signals identified by our KISS and KIOSS methods as well as those previously reported in the literature. The database system and its web portal, named KANPHOS (Kinase-Associated PHOspho-Signaling), were built based on the Next Generation XooNIps. We also demonstrate how to retrieve proteins and pathways in striatal medium-sized spiny neurons modulated by extracellular dopaminergic stimulation.</p>
  • 酒井翠, 高村真広, 岡田剛, 岡本泰昌, 山脇成人, 丸野由希, 中野高志, 吉本潤一郎
    電子情報通信学会技術研究報告 118(322(NC2018 22-27)(Web)) 1 (WEB ONLY) 2018年11月15日  最終著者責任著者
  • Yamamoto, T, Yoshimoto, J
    Association for Behavioral and Cognitive Therapies 52nd Annual Convention, Washington, D.C. 2018年11月  
  • 酒井 翠, 中野 高志, 丸野 由希, 岡田 剛, 高村 真広, 岡本 泰昌, 山脇 成人, 吉本 潤一郎
    2018年度 情報処理学会関西支部 支部大会 講演論文集 2018(2018) 3p 2018年9月21日  最終著者責任著者
  • 山本哲也, Greg Siegle, 吉本潤一郎
    第15回うつ病学会総会 2018年7月  査読有り
  • 山本 哲也, 吉本 潤一郎
    日本心理学会大会発表論文集 82 3EV-009-3EV-009 2018年  
  • D. Tsuboi, T. Shimomura, T. Nakano, T. Nagai, M. Amano, J. Yoshimoto, Y. Kubo, K. Kaibuchi
    JOURNAL OF NEUROCHEMISTRY 142 135-135 2017年8月  
  • Keisuke Kuroda, Taku Nagai, Mutsuki Amano, Junichiro Yoshimoto, Takayuki Kannon, Tomoki Nishioka, Shiro Usui, Kozo Kaibuchi
    JOURNAL OF PHARMACOLOGICAL SCIENCES 133(3) S263-S263 2017年3月  
  • 山本 哲也, 吉本 潤一郎
    日本健康心理学会大会発表論文集 30 126-126 2017年  
  • 山本 哲也, 吉本 潤一郎
    日本心理学会大会発表論文集 81 3C-032-3C-032 2017年  
  • GUTIERREZ Carlos Enrique, YOSHIMOTO Junichiro, YOSHIMOTO Junichiro, DOYA Kenji
    Program & Abstracts. 4th INCF Japan Node International Workshop. Advances in Neuroinformatics 2016 and 14th INCF Nodes Workshop, 2016 2016年  
  • T. Takano, J. Yoshimoto, T. Kannon, T. Nishioka, M. Amano, K. Kaibuchi
    MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL 27 2016年  
  • 五十嵐 潤, モレン ジャン, 吉本 潤一郎, 銅谷 賢治, Jun Igarashi, Jan Moren, Junichiro Yoshimoto, Kenji Doya
    人工知能学会誌 30(5) 623-629 2015年9月1日  査読有り
  • 白 定勳, 大羽 成征, 吉本 潤一郎
    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 115(112) 181-185 2015年6月23日  
  • 五十嵐 潤, 庄野 修, Moren Jan, 吉本 潤一郎, 銅谷 賢治
    日本神経回路学会誌 22(3) 103-111 2015年  
    パーキンソン病は大脳基底核でのドーパミン枯渇を原因として,手足の振戦,固縮,無動などの運動障害をともなう神経疾患である.大脳基底核の異常なベータ振動,視床や運動皮質のアルファ振動,拮抗筋の逆相同期的活動など,様々な周波数帯の神経活動が関連領域で発生し,最終的に振戦などの運動症状として表れる.しかしそれらの振動現象が個々の領域でどのように発生し,筋骨格系を含めてどのような相互作用を行うのかはわかっていない.そこで我々は,パーキンソン病の主要な病変部位である大脳基底核とその出力を受ける視床,運動皮質と脊髄のスパイキング神経回路モデルと筋骨格系の物理モデルを構築し,それらを統合した脳&mdash;身体の階層統合シミュレーションによって,パーキンソン病の運動症状の発生機構を明らかにしようとしている.本稿では,大脳基底核モデル,視床&mdash;皮質モデルによるパーキンソン病の振動現象の再現について紹介し,それらの神経回路モデルと筋骨格モデルの統合に向けた取り組みについて述べる.
  • Tomoki Tokuda, Junichiro Yoshimoto, Yu Shimizu, Kosuke Yoshida, Shigeru Toki, Go Okada, Masahiro Takamura, Tetsuya Yamamoto, Shinpei Yoshimura, Yasumasa Okamoto, Shigeto Yamawaki, Noriaki Yahata, Kenji Doya
    研究報告知能システム(ICS) 2014(2) 1-5 2014年7月15日  
    We propose a novel approach for the dimension reduction of high dimensional data to make the data available for conventional statistical evaluations. Our method is based on nonparametric multiple Gaussian clustering, in which we assume that in each cluster block, the instances follow an independent and identically (i.i.d.) univariate Gaussian distribution. We show theoretically that our model can fit multivariate Gaussian distributions with exchangeable features. We further show how the clusters derived with this specific model can be used to effectively reduce the dimension of data taking into account associations between attributes. Finally, we demonstrate our approach in an application to resting state functional magnetic resonance imaging (fMRI) data, which implies subtypes of depression may be characterized by the treatment effect of antidepressant drug SSRI.We propose a novel approach for the dimension reduction of high dimensional data to make the data available for conventional statistical evaluations. Our method is based on nonparametric multiple Gaussian clustering, in which we assume that in each cluster block, the instances follow an independent and identically (i.i.d.) univariate Gaussian distribution. We show theoretically that our model can fit multivariate Gaussian distributions with exchangeable features. We further show how the clusters derived with this specific model can be used to effectively reduce the dimension of data taking into account associations between attributes. Finally, we demonstrate our approach in an application to resting state functional magnetic resonance imaging (fMRI) data, which implies subtypes of depression may be characterized by the treatment effect of antidepressant drug SSRI.
  • Tokuda, T, Yoshimoto, J, Shimizu, Y, Toki, S, Takamura, M, Yamamoto, T, Yoshimura, S, Okamoto, Y, Yamawaki, S, Doya K
    NIPS Workshop 2013, Machine Learning for Clinical Data Analysis and Healthcare 1-4 2013年12月  
  • 大羽 成征, 中江 健, 吉本 潤一郎
    電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 113(111) 41-45 2013年6月27日  
    スパイク統計に基づいて神経細胞間の機能的結合を知るための手法として、一般化線形モデル(GLM)に基づく応答関数推定法が提案されている。GLMによれば古典的な2ニューロン間クロスコレログラム解析で生じる擬似相関起源の偽陽性を排除できる。しかし、GLMによっても原理的に避けられない偽陽性要因が存在する。本発表ではそのうち2つを指摘する。第一は、スパイク検出時刻決定の誤差、第二は時間方向に非線形性の強いダイナミクスをGLMでフィッティングすることによって生じる歪みである。本発表ではまた、これらの偽陽性を避けるために、応答関数可視化法に関する小さなトリック「GLMクロスコレログラム」を提案する。これとクラスタリング法と組み合わせて、機能的結合パターンの典型例を見つけることで、通常手法を使った場合に導かれたであろう解釈誤りの可能性を減らせることを示す。
  • 大羽成征, 中江健, 吉本潤一郎
    研究報告バイオ情報学(BIO) 2013(9) 1-5 2013年6月20日  
    スパイク統計に基づいて神経細胞間の機能的結合を知るための手法として、一般化線形モデル (GLM) に基づく応答関数推定法が提案されている。GLM によれば古典的な 2 ニューロン間クロスコレログラム解析で生じる擬似相関起源の偽陽性を排除できる。しかし、GLM によっても原理的に避けられない偽陽性要因が存在する。本発表ではそのうち 2 つを指摘する。第一は、スパイク検出時刻決定の誤差、第二は時間方向に非線形性の強いダイナミクスを GLM でフィッティングすることによって生じる歪みである。本発表ではまた、これらの偽陽性を避けるために、応答関数可視化法に関する小さなトリック 「GLM クロスコレログラム」 を提案する。これとクラスタリング法と組み合わせて、機能的結合パターンの典型例を見つけることで、通常手法を使った場合に導かれたであろう解釈誤りの可能性を減らせることを示す。
  • 吉田光佑, 清水優, 吉本潤一郎, 土岐茂, 高村真広, 岡本泰昌, 山脇成人, 銅谷賢治
    研究報告バイオ情報学(BIO) 2013(4) 1-2 2013年6月20日  
    うつ病の診断及び治療等において従来の経験に頼った手法ではなく、機能的核磁気共鳴 (fMRI) 技術を用いる研究が盛んに行われている。本研究では、言語流暢性課題におけるうつ病患者の fMRI データを対象に、L1 正則化付きロジスティック回帰を用いることで、より精度の高い客観的診断および関わりのある脳領域の特定を行った。
  • 山本 哲也, 熊野 宏昭, 井澤 修平, 山田 真希子, 吉本 潤一郎, 大平 英樹
    日本心理学会大会発表論文集 77 SS-053-SS-053 2013年  
  • 吉本 潤一郎, 伊藤 真, 銅谷 賢治
    計測と制御 52(8) 749-754 2013年  査読有り筆頭著者責任著者
  • 金城 健, 内部 英治, 吉本 潤一郎, 銅谷 賢治
    研究報告バイオ情報学(BIO) 2012(4) 1-6 2012年6月21日  
    近年、Todorov [1] はコスト関数の形式に制限を加え変数変換を行うことで Bellman 方程式を厳密に線形化しする手法を提案した。これにより Bellman 方程式は固有値問題に帰着され解析的に価値関数と最適制御則を導出することが可能となった。連続状態空間において線形化 Bellman 方程式は固有関数を解く問題となるが、既に Todorov により関数近似を用いることで固有関数を導出する手法が示されている [2]。この連続状態空間での非線形最適制御則は、ロボット制御の応用に適したものであるが、システムのダイナミクスが既知と仮定しており、実機においてそれが既知であることは稀である。またポールの振り上げ課題などの低次元の場合についてのみ検証されていた。本研究では、観測と行動の系列から運動視覚ダイナミクスを推定し、得られたダイナミクスに Todorov の手法を適用して最適制御則を獲得する方法を提案し、高次元の状態行動空間をもつ実機に対して適用を行った。タスクとして移動ロボットの視覚にもとづくナビゲーション課題を用いた実験を通して、指数価値関数にもとづく制御において適切な行動が獲得できた。また LQR と同一問題設定のもとでは、価値関数による制御は LQR 以上の性能を得られた。Recently, Todorov [1] proposed a technique to strictly linearize a Bellman equation under a instruction on the cost function by exponential transformation of the variable. This enables deriving the value function and the optimal control law analytically, because the Bellman equation became an eigenvalue problem. In continuous state space case, a linearized bellman equation is required to solve an eigenfunction problem, Todorov has already shown a technique for deriving the eigenfunction by using the functional approximation [2]. Although these techniques are attractive for application to real system like robot, They assume that the dynamics of the system is already-known. In a real system, it is rare that they are already-known. It investigate only low dimensionality like swing-up balancing task. In this paper, We proposes a method for deriving an optimal control law from the estimated motor-visual dynamics from the sequence of experienced states and action and apply this method to real system with high state-actions space. In a visual guide task, Robot learn appropriate behavior and obtain better controller than LQR when the problem setting is equivalent to LQR.
  • 金城 健, 内部 英治, 吉本 潤一郎, 銅谷 賢治
    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング 112(108) 19-24 2012年6月21日  
    Todorov[1]はコスト関数の形式に制限を加え変数変換を行うことでBellman方程式を厳密に線形化しする手法を提案した。これによりBellman方程式は固有値問題に帰着され解析的に価値関数と最適制御則を導出することが可能となった。連続状態空間において線形化Bellman方程式は固有関数を解く問題となるが、既にTodorovにより関数近似を用いることで固有関数を導出する手法が示されている[2]。この連続状態空間での非線形最適制御則は、ロボット制御の応用に適したものであるが、システムのダイナミクスが既知と仮定しており、実機においてそれが既知であることは稀である。またポールの振り上げ課題などの低次元の場合についてのみ検証されていた。本研究では、観測と行動の系列から運動視覚ダイナミクスを推定し、得られたダイナミクスにTodorovの手法を適用して最適制御則を獲得する方法を提案し、高次元の状態行動空間をもつ実機に対して適用を行った。タスクとして移動ロボットの視覚にもとづくナビゲーション課題を用いた実験を通して、指数価値関数にもとづく制御において適切な行動が獲得できた。またLQRと同一問題設定のもとでは、価値関数による制御はLQR以上の性能を得られた。
  • 吉本 潤一郎, 銅谷 賢治
    研究報告 バイオ情報学(BIO) 2011(4) 1-6 2011年6月16日  
    本研究では,多ニューロンから同時記録されたスパイク列データからそのニューロン集団に存在するシナプス結合性を同定するための統計的手法を提案する.提案手法では,まず,積分発火型ニューロンモデルを多重指数関数型後シナプス電流モデルと統合し、生成モデルが導出される.この生成モデルのパラメータは,最尤推定法およびスパースベイズ推定法に基づいて推定される.その後,生成モデルを用いて,シナプス前ニューロンのスパイク発生による後ニューロンの電位変化が評価され,シナプス結合性が分類される.人工データを用いた 2 つのベンチマーク問題に適用した結果,提案手法は非常に高い精度でシナプス結合性を同定できる能力を持つことが示された.The paper presents a method to identify synaptic connectivity from multi-neuronal spike train data. In this method, a stochastic spiking neural network model is derived on the basis of generalized leaky integrate-and-fire neurons connected with multi-exponential post-synaptic current function. The model parameters are fitted based on maximum likelihood estimation and a sparse Bayesian framework. Then, the model is employed to quantify how much a spike of the pre-neuron changes the potential of the post-neuron. Based on the quantities, the synaptic connectivity between two neurons are identified. The basic performance was demonstrated by applying the method to two synthetic benchmarks. The results showed that the method was able to identify the synaptic connectivity in the benchmarks with a high precision.
  • 大塚 誠, 吉本 潤一郎, Stefan Elfwing, 銅谷 賢治
    研究報告 バイオ情報学(BIO) 2011(26) 1-6 2011年6月16日  
    部分観測マルコフ決定過程 (POMDP) により定式化される環境下において最適な行動選択を実現するためのアプローチには、環境のダイナミクスに関する事前知識を利用するモデルベースなアプローチと、それらを必要としないモデルフリーなアプローチがある。本研究では、エコーステートネット-ワーク (ESN) と制限付きボルツマンマシン (RBM) を組み合わせたモデルフリーな手法を提案する。シミュレーター上で行ったロボットナビゲーションタスクの結果、提案手法が、エコーステートネットワークの持つ長期予測能力と制限付きのボルツマンマシンの持つ高次元入力に対するロバスト性を合わせ持つことが示された。また、ESN の隠れ層がタスクに必要となる過去の情報を高次元入力から抽出し保持していること、RBM の隠れ層がタスク依存な情報表現をしていることなどが示された。A partially observable Markov decision process (POMDP) can be solved in a model-based way using explicit knowledge of the environmental dynamics or in a model-free way using implicit representations of task-relevant states. Here we consider a model-free approach of combining an echo state network (ESN) for summarizing past actions and observations and a restricted Boltzmann machine (RBM) for learning action values in a high dimensional state space. Simulation results in robot navigation tasks showed that the ESN can capture relevant information in the sequence of high dimensional observations and that RBM can construct task-oriented internal representation in its hidden layer.
  • 吉本 潤一郎, 銅谷 賢治
    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング 111(96) 15-20 2011年6月16日  
    本研究では,多ニューロンから同時記録されたスパイク列データからそのニューロン集団に存在するシナプス結合性を同定するための統計的手法を提案する.提案手法では,まず,積分発火型ニューロンモデルを多重指数関数型後シナプス電流モデルと統合し、生成モデルが導出される.この生成モデルのパラメータは,最尤推定法およびスパースベイズ推定法に基づいて推定される.その後,生成モデルを用いて,シナプス前ニューロンのスパイク発生による後ニューロンの電位変化が評価され,シナプス結合性が分類される.人工データを用いた2つのベンチマーク問題に適用した結果,提案手法は非常に高い精度でシナプス結合性を同定できる能力を持つことが示された.
  • 大塚 誠, 吉本 潤一郎, Elfwing Stefan, 銅谷 賢治
    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング 111(96) 143-148 2011年6月16日  
    部分観測マルコフ決定過程(POMDP)により定式化される環境下において最適な行動選択を実現するためのアプローチには、環境のダイナミクスに関する事前知識を利用するモデルベースなアプローチと、それらを必要としないモデルフリーなアプローチがある。本研究では、エコーステートネットーワーク(ESN)と制限付きボルツマンマシン(RBM)を組み合わせたモデルフリーな手法を提案する。シミュレーター上で行ったロボットナビゲーションタスクの結果、提案手法が、エコーステートネットワークの持つ長期予測能力と制限付きのボルツマンマシンの持つ高次元入力に対するロバスト性を合わせ持つことが示された。また、ESNの隠れ層がタスクに必要となる過去の情報を高次元入力から抽出し保持していること、RBMの隠れ層がタスク依存な情報表現をしていることなどが示された。
  • 金城 健, 内部 英治, 吉本 潤一郎, 銅谷 賢治
    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング 110(461) 107-112 2011年2月28日  
    一般に最適制御則を求めるためには非線形なBellman方程式を解く必要がある。Todorovはコスト関数の形式に制限を加え変数変換を行うことでBellman方程式を厳密に線形化し、固有値問題に帰着して解析的に価値関数と最適制御則を導出する手法を提案した。この手法を連続状態空間において適用すると固有関数を解く問題となるが、既にTodorovにより関数近似を用いることで固有関数を導出する手法が示されている。この連続状態空間での非線形最適制御則は、ロボット制御の応用に適したものであるが、前提条件としてシステムのダイナミクスが既知と仮定しており、実機においてそれが既知であることは稀である。本論文では状態の系列からシステムのダイナミクスを推定し、それに基づき最適制御則を求める方法を提案する。ダイナミクスの関数近似手法と近似誤差が制御性能に与える影響を振り子の振り上げ課題のシミュレーションにより評価した結果、線形近似モデルを用いても振り上げ制御が実現できること、学習サンプル数が十分多い場合には正規化RBFにより高いパフォーマンスの制御が可能なことが明らかになった。
  • 木村 慎志, 芳賀 真由美, 内部 英治, 吉本 潤一郎, 銅谷 賢治
    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング 109(461) 219-224 2010年3月2日  
    近年,ロボットの周期的な脚式移動の生成に神経振動子(CPG; Central Pattern Generators)を用いた研究が盛んである. 関節角や地面との接触状態,視覚情報などのセンサ情報をCPGにフィードバックすることにより,ロボットは環境の変化や観測の不確定性などに柔軟に対処し,環境に適した運動パターンを生成する.しかしどのようなセンサ情報をCPGにフィードバックするかは設計者の選択に依存し,またセンサ情報と様々な不確定性との関係を包括的に調査した研究はほとんど見られない.そこで本研究では,観測,システムの不確定性や様々な床形状のもとで,どのようにセンサ情報をCPGにフィードバックすべきかを系統的なシミュレーションを通して検討する.
  • Takashi Nakashi, Junichiro Yoshimoto, Jeff Wickens, Kenji Doya
    NEUROSCIENCE RESEARCH 68 E346-E346 2010年  
  • Jan Moren, Tomohiro Shibata, Aurelien Cassagnes, Junichiro Yoshimoto, Kenji Doya
    NEUROSCIENCE RESEARCH 68 E379-E379 2010年  
  • Alan Fermin, Takehiko Yoshida, Makoto Ito, Junichiro Yoshimoto, Kenji Doya
    NEUROSCIENCE RESEARCH 68 E285-E286 2010年  
  • 中野 高志, 吉本 潤一郎, Wickens Jeff
    電子情報通信学会技術研究報告 109(53) 103-110 2009年5月25日  
  • 中野 高志, 吉本 潤一郎, Wickens Jeff, 銅谷 賢治
    情報処理学会研究報告. BIO, バイオ情報学 = IPSJ SIG technical reports 17(16) J1-J8 2009年5月25日  
    線条体は大脳基底核の入力部であり,皮質からグルタミン酸,黒質からドーパミンの投射を受けている.それらの入力から引き起こされるカルシウム変化およびドーパミン強度自身によって皮質線条体間のシナプス強度が変化することが報告されているが,その入力タイミングの依存性についてはまだほとんど分かっていない.線条体シナプスのタイミング依存可塑性の背後にあるカルシウム変化のメカニズムを明確にするために,現実的な形態を備えた線条体ニューロンモデルを構築し,スパイクタイミングに依存する細胞内カルシウム濃度変化をシミュレーションにより調べた.その結果,up-state のときにグルタミン酸またはドーパミン入力が後シナプススパイクよりも先行すると最もカルシウム応答が大きくなることが予測された.The striatum, the input nucleus of the basal ganglia, receives glutamate input from the cortex and dopamine input from the substantia nigra. Recently, several studies reported contradictory results on the dependence of the striatal synaptic plasticity on the timing of cortical input, dopamine input, and the spike output. To clarify the mechanisms behind spike timing-dependent plasticity of striatal synapses, we investigated the spike timing-dependence of intracellular calcium concentration by constructing a striatal neuron model with a realistic morphology. Our simulation predicted that the calcium transient is maximal when cortical spike input and dopamine input preceded the postsynaptic spike. The gain of the calcium transient is enhanced during the "up-state" of striatal cells.
  • Alan Fermin, Yoshida Takehiko, Saori Tanaka, Makoto Ito, Junichiro Yoshimoto, Kenji Doya
    NEUROSCIENCE RESEARCH 65 S236-S236 2009年  
  • Takehiko Yoshida, Makoto Ito, Tetsuro Morimura, Kazuyuki Samejima, Jiro Okuda, Junichiro Yoshimoto, Kenji Doya
    NEUROSCIENCE RESEARCH 65 S239-S239 2009年  
  • 吉田 岳彦, 伊藤 真, 森村 哲郎, 鮫島 和行, 奥田 次郎, 吉本 潤一郎, 銅谷 賢治
    情報処理学会研究報告. BIO, バイオ情報学 13(58) 67-70 2008年6月26日  
    確率に関わる価値の割引と遅延に関わる価値の割引モデルはそれぞれ別々に研究され,同時に扱う実験はされていない。そこで本研究では、異なる遅延と異なる確率が割り当てられた二つの選択肢から一つを選ぶ課題をヒトに対して行った。報酬には金銭などの間接的な報酬ではなくより直接的と考えられる一次報酬(ジュース)を用いた。得られたデータに対して複数の割引モデルをフィッティングした結果,指数関数型の遅延,確率割引モデルが最もよく被験者の行動を表していることが分かった。
  • 大塚 誠, 吉本 潤一郎, 銅谷 賢治
    電子情報通信学会技術研究報告. NC, ニューロコンピューティング 108(101) 91-96 2008年6月19日  
    本研究では,状態数が大きいマルコフ決定過程(MDP)問題を扱うことができる自由エネルギーを用いた強化学習手法をdigit floorタスクという部分観測マルコフ決定過程(POMDP)問題に適用することにより,状態がネットワーク中の隠れ層の発火パターンに,報酬に依存した形で集団符号化されることを示す.また,このタスク依存な集団符号化が,入力ノイズや隠れ層のサイズの変化に対してロバストであることも示す.

書籍等出版物

 4

講演・口頭発表等

 7

担当経験のある科目(授業)

 8

共同研究・競争的資金等の研究課題

 5

社会貢献活動

 5