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ランダム行列理論を用いた安静時EEGでの統合的統計特徴抽出

(A Data Driven Approach for Resting-state EEG signal Classification of Schizophrenia with Control Participants Using Random Matrix Theory)

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田中専務

拓海先生、最近うちの部下が「EEG(脳波)を使って統合失調症の識別ができる」と言ってきましてね。正直、脳波データって現場で使えるんですかね。投資対効果が気になります。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!大丈夫、順を追って説明しますよ。結論から言うと、この研究は「大量の脳波データから統計的に有意な特徴を抽出し、機械学習で高精度に識別できる」ことを示していますよ。

田中専務

それは頼もしいですが、具体的に何が新しいんですか。うちの現場に導入するときの障壁は何でしょうか。

AIメンター拓海

良い質問です!要点を3つで整理しますね。1) ノイズの多いEEGから、ランダム行列理論で安定した統計量を作るという点、2) その統計量(Linear Eigenvalue Statistics=LES)を特徴にして機械学習で識別する点、3) 実データで比較的高い識別精度が出ている点、です。

田中専務

ランダム行列理論というと難しそうですが、要するにデータの“本物の信号”と“雑音”を数学的に分けるということですか?これって要するに信号と雑音を分離しているということ?

AIメンター拓海

その理解でほぼ合っていますよ。ランダム行列理論は、多数のセンサーが出す大きな行列の固有値分布から、期待される「雑音の帯」を理論的に予測します。そこから逸脱する成分が信号寄りと考えられるため、特徴抽出に使えるのです。

田中専務

現場で使う場合、センサーや計測時間の要件が厳しくなるのではないですか。あと、分類モデルはどれくらい複雑なんでしょう。

AIメンター拓海

良い視点ですね。実験では64チャネル、5分間の安静時記録を用いていますが、理論はサンプル数やチャネル数が十分に大きいことを前提に強みを発揮します。分類器はサポートベクターマシン(SVM)という比較的実装が容易な手法を採用していますよ。

田中専務

導入コストと効果の見積もりが欲しいです。うちのような中小製造業が投資すべき場面はありますか。

AIメンター拓海

投資対効果を考えるなら、まず目的を定めることです。1) 臨床支援や医療連携が目的なら精度向上を狙うべき、2) スクリーニングや予備診断であれば比較的低コストで導入可能、3) 社内での運用体制が整えば継続的な改善でコストは下がりますよ。大丈夫、一緒に設計できますよ。

田中専務

分かりました。要点を自分の言葉で整理します。つまり、この論文は「ランダム行列理論でEEGの雑音と信号を分け、LESという統計量を特徴にしてSVMで分類し、実データで高い識別率を示した」ということですね。これなら社内の意思決定にも説明できます。

監修者

阪上雅昭(SAKAGAMI Masa-aki)
京都大学 人間・環境学研究科 名誉教授

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