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# 健康科学# 精神医学と臨床心理学

機械学習を使った統合失調症の診断の進展

血液検査と機械学習を使って、統合失調症の診断をもっと早くできる可能性があるって研究で示されてるよ。

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目次

統合失調症は、個人の思考、感情、行動に影響を与える深刻なメンタルヘルスの状態だよ。統合失調症の人は、現実からの断絶を経験することがあり、一般的には精神病と呼ばれるんだ。この病気は気分や行動に苦しむことだけじゃなくて、個人が自分自身や周りの世界を理解する方法にも深く影響するんだ。

健康への影響

統合失調症と診断された人は、心臓病や自殺のために早死にするリスクが高いんだ。これは心配なことで、タイムリーで効果的な介入が必要ってことを示してる。統合失調症は結構一般的で、世界の人口の約0.2%から0.4%に影響を与えていて、誰にでも起こり得るんだよ。

診断の課題

統合失調症の治療での主な課題の一つは、正しい診断を受けるまでの遅れなんだ。現在、統合失調症の診断は心理学者の評価に依存しているから、症状が正式な診断のためには少なくとも6ヶ月持続しなければならないんだ。治療の遅れは、より重い症状や長引く障害につながることがあるんだよ。早い診断と治療がより良い結果をもたらすと考えられてる。

可能な解決策

研究者たちは、統合失調症の診断をサポートして早めるために血液検査の利用を探求してるんだ。彼らは、この病気に関連する特定の遺伝子発現パターンといった分子レベルの変化を調査してるんだ。以前の研究では、血液サンプルの遺伝子発現を調べることで統合失調症についての洞察が得られ、期待できるバイオマーカーが見つかる可能性があるって示唆されてる。

機械学習の役割

技術の進歩は、メンタルヘルスの障害の診断を助けるマーカーを特定する新しい道を開いたんだ。機械学習は人工知能の一分野で、遺伝子発現データを分析して統合失調症と他の状態を区別するマーカーを特定する可能性を示してる。

現在、多くの機械学習を使用したアプローチは、既存の公開データセットに依存しているけど、多くの研究は新しい別のデータセットで結果を検証していないんだ。これは、予測モデルの信頼性を確保するためには重要なんだよ。

研究調査

この研究では、科学者たちが統合失調症の人々のサンプルを分類するための機械学習ツールのコレクションを開発することを目指してるんだ。彼らは様々な公開リソースからデータを集めて、血液サンプルの遺伝子発現データに焦点を当てたんだ。

データ収集

研究者たちは、統合失調症に関連する遺伝子発現の情報を含む関連データセットを特定したんだ。彼らは、未処理のデータを提供しない研究や、結果を歪める可能性のある異なる細胞タイプや他の要因を含むものを除外したんだ。目標は、統合失調症に直接関連する末梢血の遺伝子発現データに焦点を当てることだったんだ。

データ処理

収集したデータは、エラーやバイアスを避けるために注意深く処理されたんだ。これは、基礎となる生物学的プロセスを正確に反映するために、データをクリーニングして正規化することを含んでいるんだ。それから、信頼できる一貫したデータを分析のために確保するために、外れ値のデータセットを特定したんだよ。

モデルの構築

研究者たちは、差次的遺伝子発現分析という手法を使用して、統合失調症と影響を受けていない個人を区別するのに役立つと思われる重要な遺伝子を選定したんだ。彼らは、遺伝子発現データに基づいて統合失調症の存在を予測する能力をテストするために、異なる機械学習モデルを構築したんだ。

モデルは、サポートベクターマシンとマイクロアレイの予測分析という二つの主要な手法を用いて構築されたんだ。最も良い結果を出したモデルを選んで、アンサンブルを形成、つまり予測を組み合わせて精度を向上させて誤陽性を減らすことにしたんだ。

モデルの評価

モデルがどれだけうまく機能したかを判断するために、研究者たちは結果の予測精度に基づいてパフォーマンスを評価したんだ。アンサンブルモデルの結果と個々のモデルの結果を比較して、アンサンブルアプローチが統合失調症の識別においてより良い精度をもたらしたかを見たんだよ。

特定された遺伝子の機能分析は、統合失調症の個人に影響を与える可能性のある特定の生物学的プロセスについての洞察を明らかにしたんだ。研究者は、いくつかの遺伝子が免疫応答に関連していることを発見して、これはこの障害が体にどのように影響を与えるかを理解するのに重要かもしれないんだ。

モデルのテスト

結果を検証するために、研究者たちは統合失調症と診断された参加者とのケースコントロール研究を実施したんだ。彼らは血液サンプルを調べて、RNAシーケンシングを使って追加データを収集したんだ。その結果は、機械学習モデルの検証を助けて、サンプルを効果的に分類する能力を示したんだ。

いくつかの課題はあったけど、アンサンブルモデルは良好な精度を示して、血液サンプルデータから統合失調症を特定する可能性があったんだ。これは、適切なテストと調整があれば、将来的にシンプルな診断テストの開発に役立つかもしれないってことを示唆してるんだ。

将来の研究への影響

この研究の結果は、統合失調症の診断における機械学習の利用の可能性を浮き彫りにしてるんだ。血液検査と高度な分析の組み合わせは、迅速な診断の道を開くかもしれなくて、これは患者の結果を向上させ、メンタルヘルスの障害にしばしば伴うスティグマを減らすのに重要なんだよ。

初期の結果は鼓舞的だけど、方法を強化して異なる集団におけるその効果を確認するためにもっと研究が必要なんだ。今後の努力は、モデルの精度を向上させ、遺伝子発現に影響を与えるかもしれない追加の要因を探求することに焦点を当てるべきだね。

結論

統合失調症は、タイムリーで効果的な介入が必要な複雑で深刻なメンタルヘルスの状態なんだ。この研究は、血液検査と機械学習技術を使用することで、より良い診断方法に結びつく可能性があることを示したんだ。遺伝子発現データに焦点を当てることで、研究者たちは統合失調症をより正確かつ迅速に特定する手助けをするツールを開発できるかもしれなくて、最終的にはこの難しい障害の管理に対する希望を提供できるかもしれないんだ。

オリジナルソース

タイトル: Ensemble learning for higher diagnostic precision in schizophrenia using peripheral blood gene expression profile.

概要: The need for molecular biomarkers for schizophrenia has been well recognized. Peripheral blood gene expression profiling and machine learning (ML) tools have recently become popular for biomarker discovery. The stigmatization associated with schizophrenia advocates the need for diagnostic models with higher precision. In this study, we propose a strategy to develop higher-precision ML models using ensemble learning. We performed a meta-analysis using peripheral blood expression microarray data. The ML models, support vector machines (SVM), and prediction analysis for microarrays (PAM) were developed using differentially expressed genes as features. The ensemble of SVM-radial and PAM predicted test samples with a precision of 81.33% (SD: 0.078). The precision of the ensemble model was significantly higher than SVM-radial (63.83%, SD: 0.081) and PAM (66.89%, SD: 0.097). The feature genes identified were enriched for biological processes such as response to stress, response to stimulus, regulation of the immune system, and metabolism of organic nitrogen compounds. The network analysis of feature genes identified PRF1, GZMB, IL2RB, ITGAL, and IL2RG as hub genes. Additionally, the ensemble model developed using microarray data classified the RNA-Sequencing samples with moderately high precision (72.00%, SD: 0.08). The pipeline developed in this study allows the prediction of a single microarray and RNA-Sequencing sample. In summary, this study developed robust models for clinical application and suggested ensemble learning for higher diagnostic precision in psychiatric disorders. Research highlightsO_LIEnsemble learning of Support Vector Machines (SVM) and Prediction Analysis for Microarrays (PAM) algorithms classified schizophrenia samples with higher precision. C_LIO_LIThe pipeline developed in this analysis produced robust models with the ability to classify single microarray sample. C_LIO_LICross-platform validation of ensemble model using RNA-Sequencing data resulted in high precision. C_LI Graphical abstract O_FIG O_LINKSMALLFIG WIDTH=200 HEIGHT=93 SRC="FIGDIR/small/23285788v2_ufig1.gif" ALT="Figure 1"> View larger version (19K): [email protected]@16e9461org.highwire.dtl.DTLVardef@cf8394org.highwire.dtl.DTLVardef@1c785a8_HPS_FORMAT_FIGEXP M_FIG C_FIG Blood based SCZ diagnosis using ensemble learning for higher precision

著者: Satyajeet Khare, V. V. Wagh, S. Agrawal, S. Purohit, T. Pachpor, L. Narlikar, V. Paralikar

最終更新: 2023-05-26 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2023.02.11.23285788

ソースPDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2023.02.11.23285788.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた medrxiv に感謝します。

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