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JP7587232B2 - Information processing device and computer program - Google Patents
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JP7587232B2 - Information processing device and computer program - Google Patents

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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Description

特許法第30条第2項適用 1.ウェブサイトのアドレス https://kjciee.org/kjciee2019/、掲載日:令和1年11月15日 2.令和元年電気関係学会関西連合大会、開催日:令和1年12月1日Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies. 1. Website address: https://kjciee.org/kjciee2019/, published on November 15, 2019. 2. Kansai Joint Conference of Electrical Engineering Societies, held on December 1, 2019.

本開示は、情報処理装置、及びコンピュータプログラムに関する。 The present disclosure relates to an information processing device and a computer program.

従来、脳波、脳磁場、磁気共鳴画像等を利用した人間の脳機能の研究が行われてきた。例えば非特許文献1は、脳活動の周波数には個人差があり、個人の組み合わせにより脳活動が同期しやすい、または同期しにくい、という一種の相性がある可能性に言及している。また非特許文献1は、友人としての親しさが深い程、fMRIデータを利用して検討すると安静時の脳活動パターンの類似度が高かったという知見が存在することにも言及している。 Traditionally, human brain functions have been studied using electroencephalograms, brain magnetic fields, magnetic resonance images, etc. For example, Non-Patent Document 1 mentions the possibility that there are individual differences in the frequency of brain activity, and that there may be a kind of compatibility in which brain activity is easier or harder to synchronize depending on the combination of individuals. Non-Patent Document 1 also mentions the existence of knowledge that shows that the closer a person is as a friend, the greater the similarity in resting brain activity patterns when examined using fMRI data.

心理学評論 2016, Vol. 59, No. 3, pp. 283-291, 大平英樹、「脳活動の動機を導くメカニズム」Psychological Review 2016, Vol. 59, No. 3, pp. 283-291, Hideki Ohira, "Mechanisms that lead to motivation in brain activity"

対面前に、2名の人間同士の相性を予測することができれば種々の場面に活用ができる。
本開示は、2名の人間同士の相性を精度良く予測するための技術を提供する。
If it were possible to predict the compatibility between two people before they meet, this could be used in a variety of situations.
The present disclosure provides techniques for accurately predicting compatibility between two people.

本開示の一態様に係る情報処理装置は、人間同士の相性を予測するための情報処理装置である。情報処理装置は、演算回路と、予測モデルを記憶する記憶装置と、人間の脳の活動の変化を示す時系列データを取得する入力インタフェースと、人間同士の相性の予測結果を出力する出力インタフェースとを備えている。人間の脳は複数の脳領域を含み、複数の脳領域の各々は脳が有する複数の機能の各々と関連付けられている。時系列データは、複数の脳領域の各々から取得された、各脳領域の活動の時間的な変化を示すデータを含む。入力インタフェースは、第1の人間及び第2の人間の各時系列データである第1時系列データ及び第2時系列データを取得する。演算回路は、第1時系列データ及び第2時系列データの各々を利用して、複数の脳領域のうちから選択された2つの脳領域の組み合わせ毎に、脳領域間の機能的な結合の程度を示す相関係数を算出することにより、第1の人間の脳領域間の相関係数の集合である第1相関行列及び第2の人間の脳領域間の相関係数の集合である第2相関行列を生成する。また演算回路は、第1相関行列及び第2相関行列を利用して、第1の人間と第2の人間との間の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルを算出し、特徴量ベクトルを予測モデルに入力して、第1の人間と第2の人間との相性を予測する。予測モデルは、少なくとも、相性が良いことが予め判明している2名の人間同士の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、相性が良いことを示す第1相性ラベルとの組み合わせである第1の種類の教師データ、及び、相性が良いとは言えないことが予め判明している2名の人間同士の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、相性が良いとは言えないことを示す第2相性ラベルとの組み合わせである第2の種類の教師データを、それぞれ用いて機械学習が行われることによって構築されている。 An information processing device according to one aspect of the present disclosure is an information processing device for predicting compatibility between humans. The information processing device includes an arithmetic circuit, a storage device that stores a prediction model, an input interface that acquires time-series data indicating changes in human brain activity, and an output interface that outputs a prediction result of compatibility between humans. The human brain includes a plurality of brain regions, and each of the plurality of brain regions is associated with each of a plurality of functions possessed by the brain. The time-series data includes data indicating temporal changes in activity of each of the plurality of brain regions acquired from each of the plurality of brain regions. The input interface acquires first time-series data and second time-series data, which are time-series data of a first human and a second human. The arithmetic circuit uses each of the first time-series data and the second time-series data to calculate a correlation coefficient indicating the degree of functional coupling between the brain regions for each combination of two brain regions selected from the plurality of brain regions, thereby generating a first correlation matrix, which is a set of correlation coefficients between the brain regions of the first human, and a second correlation matrix, which is a set of correlation coefficients between the brain regions of the second human. The arithmetic circuit also uses the first correlation matrix and the second correlation matrix to calculate a feature vector indicating a difference in functional connections between the brain regions of the first person and the second person, and inputs the feature vector into a prediction model to predict the compatibility between the first person and the second person. The prediction model is constructed by performing machine learning using at least a first type of teacher data that is a combination of a feature vector indicating a difference in functional connections between the brain regions of two people who are known in advance to have good compatibility and a first compatibility label indicating good compatibility, and a second type of teacher data that is a combination of a feature vector indicating a difference in functional connections between the brain regions of two people who are known in advance to not have good compatibility and a second compatibility label indicating not good compatibility.

本開示の一態様に係るコンピュータプログラムは、情報処理装置の演算回路によって実行されて、情報処理装置に人間同士の相性を予測させるコンピュータプログラムである。情報処理装置は、演算回路と、予測モデルを記憶する記憶装置と、人間の脳の活動の変化を示す時系列データを取得する入力インタフェースと、人間同士の相性の予測結果を出力する出力インタフェースとを備えている。人間の脳は複数の脳領域を含み、複数の脳領域の各々は脳が有する複数の機能の各々と関連付けられている。時系列データは、複数の脳領域の各々から取得された、各脳領域の活動の時間的な変化を示すデータを含む。コンピュータプログラムは、演算回路に、入力インタフェースを介して、第1の人間及び第2の人間の各時系列データである第1時系列データ及び第2時系列データを取得させる。またコンピュータプログラムは演算回路に、第1時系列データ及び第2時系列データの各々を利用して、複数の脳領域のうちから選択された2つの脳領域の組み合わせ毎に、脳領域間の機能的な結合の程度を示す相関係数を算出させることにより、第1の人間の脳領域間の相関係数の集合である第1相関行列及び第2の人間の脳領域間の相関係数の集合である第2相関行列を生成させる。さらに、コンピュータプログラムは演算回路に、第1相関行列及び第2相関行列を利用して、第1の人間と第2の人間との間の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルを算出させ、特徴量ベクトルを予測モデルに入力して、第1の人間と第2の人間との相性を予測させる。予測モデルは、少なくとも、相性が良いことが予め判明している2名の人間同士の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、相性が良いことを示す第1相性ラベルとの組み合わせである第1の種類の教師データ、及び、相性が良いとは言えないことが予め判明している2名の人間同士の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、相性が良いとは言えないことを示す第2相性ラベルとの組み合わせである第2の種類の教師データを、それぞれ用いて機械学習が行われることによって構築されている。 A computer program according to one aspect of the present disclosure is a computer program executed by an arithmetic circuit of an information processing device to cause the information processing device to predict compatibility between humans. The information processing device includes an arithmetic circuit, a storage device that stores a prediction model, an input interface that acquires time series data indicating changes in human brain activity, and an output interface that outputs a prediction result of compatibility between humans. The human brain includes a plurality of brain regions, each of which is associated with a plurality of functions possessed by the brain. The time series data includes data acquired from each of the plurality of brain regions that indicates changes in activity of each brain region over time. The computer program causes the arithmetic circuit to acquire first time series data and second time series data, which are time series data of a first human and a second human, via the input interface. The computer program also causes the arithmetic circuit to use each of the first time-series data and the second time-series data to calculate a correlation coefficient indicating the degree of functional coupling between the brain regions for each combination of two brain regions selected from the plurality of brain regions, thereby generating a first correlation matrix which is a set of correlation coefficients between the brain regions of the first person and a second correlation matrix which is a set of correlation coefficients between the brain regions of the second person. Furthermore, the computer program causes the arithmetic circuit to use the first correlation matrix and the second correlation matrix to calculate a feature vector indicating a difference in functional coupling between the brain regions between the first person and the second person, and inputs the feature vector into a prediction model to predict the compatibility between the first person and the second person. The prediction model is constructed by performing machine learning using at least a first type of training data that is a combination of a feature vector showing the difference in functional connectivity between brain regions between two people who are known in advance to have good compatibility and a first compatibility label indicating good compatibility, and a second type of training data that is a combination of a feature vector showing the difference in functional connectivity between brain regions between two people who are known in advance to not have good compatibility and a second compatibility label indicating not good compatibility.

本開示の一態様に係る学習済み予測モデルは、第1の人間と第2の人間との間の相性を予測するための学習済み予測モデルである。予測モデルは、少なくとも、相性が良いことが予め判明している2名の人間同士の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、相性が良いことを示す第1相性ラベルとの組み合わせである第1の種類の教師データ、及び、相性が良いとは言えないことが予め判明している2名の人間同士の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、相性が良いとは言えないことを示す第2相性ラベルとの組み合わせである第2の種類の教師データを、それぞれ用いて機械学習が行われることによって構築されている。予測モデルは、第1の人間と第2の人間との間の脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルが入力されると、第1の人間と第2の人間との相性を予測結果として出力する。 The trained prediction model according to one aspect of the present disclosure is a trained prediction model for predicting compatibility between a first person and a second person. The prediction model is constructed by performing machine learning using at least a first type of teacher data that is a combination of a feature vector indicating a difference in functional connections between brain regions between two people who are known in advance to have good compatibility and a first compatibility label indicating good compatibility, and a second type of teacher data that is a combination of a feature vector indicating a difference in functional connections between brain regions between two people who are known in advance to not have good compatibility and a second compatibility label indicating not good compatibility. When a feature vector indicating a difference in functional connections between brain regions between the first person and the second person is input, the prediction model outputs the compatibility between the first person and the second person as a prediction result.

本開示によれば、2名の人間同士の相性を精度良く予測することが可能になる。 This disclosure makes it possible to accurately predict the compatibility between two people.

スピードデートの会場を示す模式図A schematic diagram showing the speed dating venue 質問に対する回答の集計結果の例を示す図A diagram showing an example of the results of tallying answers to questions 男女の各組と相性との関係の例を示す図A diagram showing examples of the relationship between each pair of men and women and their compatibility ある参加者の脳のfMRI画像100の例を示す図FIG. 1 shows an example of an fMRI image 100 of a participant's brain. 4つの周波数帯域と、各周波数帯域に属する波形を示す図A diagram showing four frequency bands and the waveforms belonging to each frequency band. 機能的結合を評価するための差分特徴量ベクトルを算出する手順の例を示す図FIG. 1 shows an example of a procedure for calculating a difference feature vector for evaluating functional connectivity 機械学習の学習時の処理の流れを示す図Diagram showing the process flow during machine learning training 周波数毎の機械学習による識別正答率を示す図A graph showing the accuracy rate of machine learning-based classification for each frequency 相性に関する情報を含む周波数帯域について、相性の予測結果の妥当性を解析した結果を示す図A diagram showing the results of an analysis of the validity of compatibility prediction results for frequency bands that contain compatibility information. 本発明者によって構築された予測モデルを利用した相性予測方法の模式図Schematic diagram of a compatibility prediction method using a prediction model constructed by the inventor 機械学習を行う際に利用される情報処理装置のハードウェア構成図Hardware configuration diagram of an information processing device used for machine learning 情報処理装置のCPUによって実行される学習処理の手順を示すフローチャート1 is a flowchart showing a procedure of a learning process executed by a CPU of an information processing device. 複製された予測モデルを有する情報処理装置のハードウェア構成図A hardware configuration diagram of an information processing device having a replicated prediction model. 情報処理装置のCPUによって実行される相性の予測処理の手順を示すフローチャートA flowchart showing the procedure of a compatibility prediction process executed by a CPU of an information processing device.

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題は限定されることはない。 Below, the embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed explanation of already well-known matters or duplicate explanation of substantially identical configurations may be omitted. This is to avoid the following explanation becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art. Note that the inventor provides the attached drawings and the following explanation so that those skilled in the art can fully understand this disclosure, and the subject matter described in the claims is not limited by them.

(本発明者によって得られた知見)
これまでに蓄積された種々の研究の結果から、安静時の脳機能には、個人差に関する情報が含まれることが知られている。すなわち、安静時に取得された脳機能を用いると、その個人の後の行動中の脳活動を予測できることが分かってきている。一方、ある2名の人間の「相性」は個人差や行動傾向によって規定され得るという研究報告も得られている。
(Findings Obtained by the Inventor)
From the results of various research studies accumulated so far, it is known that resting brain function contains information about individual differences. In other words, it has become clear that brain function acquired at rest can be used to predict the brain activity during the individual's later actions. On the other hand, there are also research reports that show that the "compatibility" between two people can be determined by individual differences and behavioral tendencies.

本発明者は、ある2名の人間の各脳機能の関係を見れば、その2名の間で生じてくる心理現象に関する予測、換言すればその2名同士の相性の予測、ができるのではないか、との仮説を立てた。そして実験及び検証を行うことによってその仮説が正しいことを確認し、2名の脳機能を示す情報にはその2名の相性の良否に関する情報が含まれており、その情報を利用すればその2名の「相性」の良否を識別できると結論付けた。以下、具体的に説明する。 The inventor hypothesized that by looking at the relationship between the brain functions of two people, it might be possible to predict psychological phenomena that will occur between those two people, in other words, to predict the compatibility between those two people. The inventor then conducted experiments and verifications to confirm that this hypothesis was correct, and concluded that information indicating the brain functions of two people contains information regarding the compatibility between those two people, and that by utilizing this information, it is possible to determine whether the "compatibility" between those two people is good or bad. A specific explanation is given below.

本発明者は、複数の男女を対象としてスピードデート実験を行った。「スピードデート」とは、結婚または交際を希望する男女が一堂に会してカップル成立を目指すパーティである。本実験では、参加者は男性22名、女性21名の合計43名であり、平均年齢は20.3歳であった。 The inventor conducted a speed dating experiment with multiple men and women. "Speed dating" is a party where men and women who wish to marry or date gather together in the hopes of forming couples. In this experiment, there were a total of 43 participants, 22 men and 21 women, with an average age of 20.3 years old.

図1は、スピードデートの会場を示す模式図である。スピードデート実験の手順は以下の通りである。まず、女性Wa~Wuに着席してもらい、各女性と対面するように各男性Ma~Muが着席する。そして男女1組ごとに3分間自由に会話する。司会者の合図で会話を終了し、その後、矢印に示すように男性は一斉に席を移動して、隣の女性と対面するように着席する。全ての異性との会話が終わるまで上記の流れを繰り返してもらった。会話終了後、男女それぞれの参加者に対し、会話をした相手の異性とまた話したいと思うか否かについて質問し、回答してもらった。 Figure 1 is a schematic diagram showing the speed dating venue. The procedure for the speed dating experiment is as follows. First, the women Wa to Wu are seated, and then each of the men Ma to Mu sits facing each of the women. Then, each pair of men and women is allowed to talk freely for three minutes. The conversation ends when the moderator gives a signal, after which, as indicated by the arrows, the men all move seats at once and sit down facing the woman next to them. The above process is repeated until all participants have finished talking with the opposite sex. After the conversations have ended, both male and female participants are asked whether they would like to talk to the opposite sex again.

図2Aは、質問に対する回答の集計結果の例を示している。(a)の例は、男性Maと女性Waとがともに相手と話をしたいと思ったことを示している。(b)の例は、男性Mbは女性Waとまた話をしたいと思ったが、女性Waは男性Mbとまた話をしたいと思わなかったことを示している。本実験では(a)の場合には「相性が良い」と判定し、(b)の場合には「相性が良いとは言えない」と判定した。 Figure 2A shows an example of the results of tallying up responses to questions. Example (a) shows that both the man Ma and the woman Wa wanted to talk to each other. Example (b) shows that the man Mb wanted to talk to the woman Wa again, but the woman Wa did not want to talk to the man Mb again. In this experiment, case (a) was judged to be "good compatibility," and case (b) was judged to be "not very compatible."

図2Bは、男女の各組と相性との関係の例を示している。回答の結果から、全ての男女の組み合わせについて、「相性が良い」を示す「1」、または「相性が良いとは言えない」を示す「0」のいずれかの「相性」を示す情報が得られた。 Figure 2B shows an example of the relationship between each pair of men and women and their compatibility. From the results of the responses, information was obtained for all pairings of men and women indicating compatibility, with either "1" indicating "good compatibility" or "0" indicating "not very good compatibility."

スピードデート実験の前の別の日に、各参加者に、安静時の機能的磁気共鳴画像法(fMRI)による画像の撮影を行ってもらった。fMRIは、MRI(核磁気共鳴画像法)を利用してヒト及び動物の脳などの活動に関連した血流動態反応を視覚化する方法の一つである。撮影は6分間にわたって連続的に行った。安静状態を維持するため、撮影中、各参加者にはfMRI装置の表示画面に呈示される十時マークを見ながら何もせずにいるよう指示した。 On a separate day before the speed dating experiment, each participant underwent functional magnetic resonance imaging (fMRI) imaging at rest. fMRI is a method of visualizing hemodynamic responses associated with brain activity in humans and animals using MRI (magnetic resonance imaging). Images were taken continuously for six minutes. To maintain a resting state, each participant was instructed to do nothing while looking at the ten o'clock mark displayed on the display screen of the fMRI device.

図3は、ある参加者の脳のfMRI画像100の例を示している。脳110は、複数の脳領域を含んでいる。例えば116個の脳領域が予め定義されており、各脳領域は、視覚、体性感覚等の、脳が有する複数の機能の各々と関連付けられている。連続的に撮影されたfMRI画像から、各脳領域の時系列波形102を得ることができる。時系列波形は、時系列のデジタルデータ(以下「時系列データ102」とも称する。)として得られる。なお、本明細書では、時系列データ102はfMRI画像から直接得られた時系列波形のデータではなく、直接得られた時系列波形のデータに予めノイズ除去処理を行って得られたデータである。ノイズ除去処理は必須ではない。 Figure 3 shows an example of an fMRI image 100 of a participant's brain. The brain 110 includes multiple brain regions. For example, 116 brain regions are predefined, and each brain region is associated with one of the multiple brain functions, such as vision and somatosensation. Time series waveforms 102 of each brain region can be obtained from successively captured fMRI images. The time series waveforms are obtained as time series digital data (hereinafter also referred to as "time series data 102"). Note that in this specification, the time series data 102 is not data of time series waveforms obtained directly from the fMRI images, but data obtained by previously performing noise removal processing on the directly obtained time series waveform data. Noise removal processing is not essential.

本発明者は、得られた時系列データ102にバンドパス処理を行い、その時系列データ102を4つの周波数帯域に分割した。換言すると、各脳領域から得られた時系列データ102を4つの周波数帯域に分けて抽出した。 The inventor performed band-pass processing on the obtained time series data 102 and divided the time series data 102 into four frequency bands. In other words, the time series data 102 obtained from each brain region was extracted by dividing it into four frequency bands.

図4は、4つの周波数帯域と、各周波数帯域に属する波形を示している。4つの周波数帯域は、それぞれ、(a)0.015-0.030Hz、(b)0.030-0.059Hz、(c)0.059-0.118Hz、及び(d)0.118-0.216Hzである。全体で0.015Hz-0.216Hzの周波数帯域を採用した理由は、下限については、0.015Hzよりも低い周波数には、意味があると考えられる情報が含まれていないと考えられたからである。上限の0.216Hzについては、本実験で用いたfMRI装置で取得されるデータの周波数の上限を採用した。4つの周波数帯域に分けた理由は、最近の研究により、これら4つの周波数帯域が脳機能と関連していることが見出されてきたからである。ただし、各周波数帯域と各脳機能との具体的な関係はまだ見出されてはいない。 Figure 4 shows four frequency bands and the waveforms belonging to each frequency band. The four frequency bands are (a) 0.015-0.030 Hz, (b) 0.030-0.059 Hz, (c) 0.059-0.118 Hz, and (d) 0.118-0.216 Hz. The reason for adopting the overall frequency band of 0.015-0.216 Hz is that it was thought that frequencies lower than 0.015 Hz did not contain any information that could be considered meaningful. For the upper limit of 0.216 Hz, the upper limit of the frequency of the data obtained by the fMRI device used in this experiment was adopted. The reason for dividing into four frequency bands is that recent research has shown that these four frequency bands are related to brain functions. However, the specific relationship between each frequency band and each brain function has not yet been found.

本発明者は、各個人の信号波形を対象として、周波数帯域ごとに予め定義された116脳領域の信号を抽出し、脳領域間の組み合わせを網羅して、機能的結合を評価した。 The inventors targeted each individual's signal waveforms, extracted signals from 116 predefined brain regions for each frequency band, and assessed functional connectivity across all combinations between brain regions.

図5は、機能的結合を評価するための差分特徴量ベクトルを算出する手順の例を示している。上述したように、本開示では脳領域は116個存在するとしているが、一般化のためM個(M:2以上の整数)であるとする。 Figure 5 shows an example of the procedure for calculating a differential feature vector for evaluating functional connectivity. As mentioned above, in this disclosure, there are 116 brain regions, but for generalization, there are M regions (M is an integer equal to or greater than 2).

下記の表1は、M×M行列の形式で表されたある人間の脳領域間の機能的結合を示している。周波数帯域は、上述の(a)~(d)のいずれかである。

Figure 0007587232000001
Table 1 below shows the functional connectivity between certain human brain regions expressed in the form of an M×M matrix. The frequency bands are any of (a) to (d) above.
Figure 0007587232000001

表1に示される行列の(i,j)成分及び(j,i)成分は、第i番目の脳領域と第j番目の脳領域の脳領域間の機能的な結合の程度を示すピアソンの相関である。つまり、表1に示される行列は相関行列である。よって、表1に示す行列の上三角成分と下三角成分とは互いに転置の関係にある。なお、ピアソンの相関は周知であるから相関係数の算出式の例示は省略する。 The (i,j) and (j,i) components of the matrix shown in Table 1 are Pearson's correlations that indicate the degree of functional connectivity between the i-th brain region and the j-th brain region. In other words, the matrix shown in Table 1 is a correlation matrix. Therefore, the upper and lower triangular components of the matrix shown in Table 1 are in a mutually transposed relationship. Note that since Pearson's correlation is well known, an example of the formula for calculating the correlation coefficient will be omitted.

図5に示す男性Maの脳領域間の機能的結合を表す相関行列120は、表1に示すような行列の各成分を、その値の大きさに応じて色づけして便宜的に視覚化した画像である。図5に示す女性Waの脳領域間の機能的結合を表す相関行列122も同様である。 The correlation matrix 120 showing the functional connectivity between brain regions of a male, Ma, shown in Figure 5, is an image in which each element of the matrix, as shown in Table 1, is colored according to the magnitude of its value for the sake of convenience in visualization. The correlation matrix 122 showing the functional connectivity between brain regions of a female, Wa, shown in Figure 5, is similar.

本開示では、男性Maの相関行列120と、女性Waの相関行列122とを用いて、当該2名の相性を評価する。具体的には、まず、男性Maの相関行列120と女性Waの相関行列122との差分の絶対値を算出する。得られた差分行列124は、男性Maの相関行列120の各成分と女性Waの相関行列122の各成分との差の大きさを表している。差分行列124の上三角成分及び下三角成分もまた互いに転置の関係にある。 In the present disclosure, the compatibility between the two people is evaluated using the correlation matrix 120 of the man Ma and the correlation matrix 122 of the woman Wa. Specifically, first, the absolute value of the difference between the correlation matrix 120 of the man Ma and the correlation matrix 122 of the woman Wa is calculated. The obtained difference matrix 124 represents the magnitude of the difference between each component of the correlation matrix 120 of the man Ma and each component of the correlation matrix 122 of the woman Wa. The upper and lower triangular components of the difference matrix 124 are also mutually transposed.

本開示では、差分行列124から特徴量ベクトル126を生成する。特徴量ベクトル126は、差分行列124の上三角成分または下三角成分を行方向に並べて得られた行ベクトルである。特徴量ベクトル126は、男性Maの脳領域間の機能的な結合と女性Waの脳領域間の機能的な結合との相違の程度を示している。 In the present disclosure, a feature vector 126 is generated from the difference matrix 124. The feature vector 126 is a row vector obtained by arranging the upper triangular components or the lower triangular components of the difference matrix 124 in the row direction. The feature vector 126 indicates the degree of difference between the functional connectivity between the brain regions of a male Ma and the functional connectivity between the brain regions of a female Wa.

本発明者は、特徴量ベクトル126が、男性Ma及び女性Waの相性の良否に関する情報が含まれていると推測した。そこで本発明者は、機械学習を利用して男女の相性を推測させることとした。 The inventors have hypothesized that the feature vector 126 contains information about the compatibility between the man Ma and the woman Wa. Therefore, the inventors have decided to use machine learning to predict the compatibility between men and women.

図6は、本開示にかかる機械学習の学習時の処理の流れを示している。機械学習は、コンピュータシステム10を用いて行われる。本開示では、機械学習は教師あり学習である。まず、4つの周波数帯域の各々について、スピードデートの全男性及び全女性の各相関行列が算出される。また、各周波数帯域について、男性参加者及び女性参加者の全ての組み合わせの各々について、図5に示す方法で特徴量ベクトル126が算出される。 Figure 6 shows the flow of processing during machine learning learning according to the present disclosure. Machine learning is performed using a computer system 10. In the present disclosure, the machine learning is supervised learning. First, correlation matrices for all males and all females in the speed dating are calculated for each of the four frequency bands. In addition, feature vectors 126 are calculated for all combinations of male and female participants for each frequency band using the method shown in Figure 5.

そして、男性参加者及び女性参加者の組に応じた特徴量ベクトルと、図2A及び図2Bに示す方法で取得されたその組の相性とを教師データ130として用いて、コンピュータシステム10に機械学習を行わせる。このような教師データ130を利用することにより、各特徴量ベクトル126に含まれる、その男性及びその女性の相性の良否に関する情報を、相性と関連付け、その結果を検証した。 Then, the computer system 10 performs machine learning using the feature vectors corresponding to pairs of male and female participants and the compatibility of the pairs obtained by the method shown in Figures 2A and 2B as training data 130. By using such training data 130, the information regarding the compatibility between the man and the woman contained in each feature vector 126 is associated with the compatibility, and the results are verified.

機械学習の手法として、本発明者は、エラスティックネットの正則化項を有するスパースロジスティック回帰を採用した。エラスティックネットは、ラッソ回帰とリッジ回帰とを併用する手法である。ラッソ回帰は、L1正則化項を付け加えた損失関数を利用して損失を最小化するようモデルを最適化し、不要な特徴量を削減する手法である。リッジ回帰は、L2正則化項を付け加えた損失関数を利用して損失を最小化するようモデルを最適化し、過学習を回避する手法である。エラスティックネットを用いることにより、ラッソ回帰に起因する特徴量の次元削減と、リッジ回帰に起因する過学習の回避とを両立させることができる。 As a machine learning method, the inventors adopted sparse logistic regression with an elastic net regularization term. Elastic net is a method that uses lasso regression and ridge regression in combination. Lasso regression is a method that optimizes a model to minimize loss using a loss function with an L1 regularization term added, and reduces unnecessary features. Ridge regression is a method that optimizes a model to minimize loss using a loss function with an L2 regularization term added, and avoids overfitting. By using elastic net, it is possible to achieve both the reduction in the dimensionality of features caused by lasso regression and the avoidance of overfitting caused by ridge regression.

数1は、エラスティックネットの評価式である。また数2は、数1中のPα(β)を表す式である。

Figure 0007587232000002
Figure 0007587232000003
数1及び数2中の各要素は以下の意味で用いられている。
N:観測数
yi:観測値iに対応する相性ラベル
xi:観測値iに対応する特徴量ベクトル
λ:正則化パラメータ(正の値)
β0、β:パラメータ(それぞれスカラー、ベクトル)
α:正則化の程度、すなわちL1正則化とL2正則化の混合比
αの項は、N個のサンプル、P個の特徴量の場合のエラスティックネットのペナルティ項である。Pαの項により、リッジ回帰のペナルティ(α=0)と、ラッソ回帰のペナルティ(α=1)の間にペナルティを設定することができる。また、λが増えると、βの非ゼロの要素が減る。 Equation 1 is an evaluation formula for the elastic net. Equation 2 is an equation expressing P α (β) in Equation 1.
Figure 0007587232000002
Figure 0007587232000003
The elements in Equation 1 and Equation 2 are used in the following sense.
N: Number of observations yi: Compatibility label corresponding to observed value i xi: Feature vector corresponding to observed value i λ: Regularization parameter (positive value)
β 0, β: parameters (scalar and vector, respectively)
α: Degree of regularization, i.e., the mixture ratio of L1 and L2 regularization. is the penalty term for the elastic net when there are N samples and P features. The Pα term allows us to set a penalty between the penalty of ridge regression (α=0) and the penalty of lasso regression (α=1). Also, as λ increases, the number of non-zero elements of β decreases.

上述の「α」と「λ」はハイパーパラメータである。本発明者は、αとして(0.0001, 0.001, 0.01)の3つ、及び「λ」として(0.15, 0.50, 0.85)の3つを候補として採用し、それらの組み合わせを変えながら、以下の(1)~(4)の手順で「α」及び「λ」を決定した。
(1)まず全ての教師データを「訓練用データ」または「テスト用データ」に分割する。(2)あるα及びλについて訓練用データを用いて予測モデルを構築する。
(3)作成した予測モデルのテスト用データに対する分類器の精度を測定する。
(4)得られた精度をもとに分類器の精度が最も高くなるときのα及びλの値を、最良の組み合わせとして採用する。
The above-mentioned "α" and "λ" are hyperparameters. The inventors adopted three candidates for α, (0.0001, 0.001, 0.01), and three candidates for "λ", (0.15, 0.50, 0.85), and determined "α" and "λ" by changing the combinations of these candidates in the following steps (1) to (4).
(1) First, divide all the teaching data into “training data” and “test data.” (2) Build a predictive model for a certain α and λ using the training data.
(3) Measure the accuracy of the classifier on the test data for the created predictive model.
(4) Based on the obtained accuracy, the values of α and λ that result in the highest accuracy of the classifier are adopted as the best combination.

分類器の精度は、10分割交差検証によって決定した(上記手順(1)~(3))。10分割交差検証では、訓練用データ群は10個に分割される。そのうち9個のデータ群が訓練に用いられ、残り1つのデータ群が評価に用いられる。そして訓練用のデータ群、及び、評価用のデータ群を変えながら10回繰り返し、例えば10回の交差検証で、精度を示す値が10個得られる。それらの平均値を、その訓練用データを用いた場合の、精度を示す値として採用した(上記手順(4))。 The accuracy of the classifier was determined by 10-fold cross-validation (steps (1) to (3) above). In 10-fold cross-validation, the training data set is divided into 10 parts. Nine of these data sets are used for training, and the remaining one is used for evaluation. Then, the training data set and the evaluation data set are changed while repeating the process 10 times. For example, 10 cross-validations yield 10 values indicating accuracy. The average of these values was used as the value indicating accuracy when using that training data (step (4) above).

図7Aは、ランダム精度と比較した際の実精度の高さ、すなわち精度距離の分布を示している。図7Aの横軸は、チャンスレベルを「0.00」としたときのチャンスレベルからの精度距離を表す。ランダム精度は教師データをランダマイズした上で、上述の処理によって分類器を都度構築することによって得られる。ここで言う「教師データをランダマイズ」するとは、相性ラベルをランダムに設定することを意味する。本来、相性が良い男女ペアから得られた特徴量ベクトルには、相性が良いことを示す相性ラベル「1」が対応付けられて教師データが生成される。また、相性が良いとは言えない男女ペアからそれぞれ得られた特徴量ベクトルには、相性が良いとは言えないことを示す相性ラベル「0」が対応付けられて教師データが生成される。「教師データをランダマイズ」することにより、特徴量ベクトルと相性ラベルとがランダムに対応付けられる。本発明者は、正しい対応付けを行った教師データとは別にランダムな対応付けを行った教師データを生成することにより、実精度とランダム精度との間の有意差を見出そうとした。実験では、1,000個のランダム精度と実精度を比較し、精度距離がチャンスレベルを上回った確率、すなわち実精度の方がランダム精度よりも高い確率が95%以上であった場合を、有意な識別結果であると判定した。 Figure 7A shows the distribution of the actual accuracy compared to the random accuracy, that is, the accuracy distance. The horizontal axis of Figure 7A represents the accuracy distance from the chance level when the chance level is set to "0.00". The random accuracy is obtained by randomizing the training data and then constructing a classifier each time by the above-mentioned process. "Randomizing the training data" here means setting the compatibility label randomly. Originally, the feature vector obtained from a male-female pair with good compatibility is associated with the compatibility label "1" indicating good compatibility to generate training data. In addition, the feature vector obtained from a male-female pair that cannot be said to have good compatibility is associated with the compatibility label "0" indicating that the compatibility cannot be said to be good to generate training data. By "randomizing the training data", the feature vector and the compatibility label are randomly associated. The inventor attempted to find a significant difference between the actual accuracy and the random accuracy by generating training data that was randomly associated separately from the training data that was correctly associated. In the experiment, 1,000 random accuracy results were compared with the actual accuracy, and a significant classification result was determined if the probability that the accuracy distance exceeded the chance level, i.e., the probability that the actual accuracy was higher than the random accuracy, was 95% or higher.

検証すると、周波数帯域が高い2組(0.059Hz~0.118、及び、0.118Hz~0.216Hz)が有意な識別結果を示した。この結果は、これらの周波数帯域の機能的結合には相性に関する情報が含まれていることを意味する。以下では、0.059Hz~0.118、及び、0.118Hz~0.216Hzを、「相性に関する情報を含む周波数帯域」と呼ぶ。なお「相性に関する情報を含む周波数帯域」は常に両方の周波数帯域を含む必要はなく、0.059Hz~0.118、及び、0.118Hz~0.216Hzの一方でもよい。さらに、「相性に関する情報を含む周波数帯域」は、0.059Hz~0.118Hzの一部、または、0.118Hz~0.216Hzの一部の周波数帯域も包含し得る。 Upon verification, two pairs of high frequency bands (0.059 Hz to 0.118 and 0.118 Hz to 0.216 Hz) showed significant discrimination results. This result means that the functional connections of these frequency bands contain information about compatibility. Hereinafter, 0.059 Hz to 0.118 and 0.118 Hz to 0.216 Hz will be referred to as "frequency bands containing information about compatibility." Note that the "frequency band containing information about compatibility" does not always have to include both frequency bands, and may be either 0.059 Hz to 0.118 or 0.118 Hz to 0.216 Hz. Furthermore, the "frequency band containing information about compatibility" may also include a portion of the frequency band from 0.059 Hz to 0.118 Hz or a portion of the frequency band from 0.118 Hz to 0.216 Hz.

図7Bは、相性に関する情報を含む周波数帯域について、相性の予測結果の妥当性を解析した結果を示している。(a)及び(b)は0.059Hz~0.118の周波数帯域に関する妥当性解析の結果を示し、(c)及び(d)は0.118Hz~0.216Hzの周波数帯域に関する妥当性解析の結果を示している。円周上には、脳機能ごとに分類された116の脳領域に関する脳内ネットワークが割り当てられている。具体的には、視覚ネットワーク、体性感覚ネットワーク、スイッチングネットワーク、辺縁系、実効制御ネットワーク、デフォルトモードネットワーク、小脳等である。各脳内ネットワークはさらに機能に応じて細分化されている。ただし本明細書ではそれらの詳細な内容について言及はしない。脳内ネットワークの機能的結合の関係を見ることが目的である。 Figure 7B shows the results of analyzing the validity of the compatibility prediction results for the frequency band containing compatibility information. (a) and (b) show the results of the validity analysis for the frequency band from 0.059 Hz to 0.118, and (c) and (d) show the results of the validity analysis for the frequency band from 0.118 Hz to 0.216 Hz. On the circumference, brain networks related to 116 brain areas classified by brain function are assigned. Specifically, they are the visual network, somatosensory network, switching network, limbic system, effective control network, default mode network, cerebellum, etc. Each brain network is further subdivided according to function. However, the details of these are not mentioned in this specification. The purpose is to see the relationship of functional connections of the brain networks.

図7Bの(a)~(d)は、相性がよいと予測された2名の特徴量ベクトル(または差分行列)に基づく、脳内ネットワークの機能的結合の関係を示している。差分行列の成分が小さいほど、その成分に対応する脳内ネットワークの機能的結合の強度、すなわち脳領域間の時系列データの相関値、が似ていることを示す。逆に差分行列の成分が大きいほど、その成分に対応する脳内ネットワークの機能的結合の強度が異なっていることを示す。(a)及び(c)は似ているほど相性が良いことを示し、(b)及び(d)は異なるほど相性が良いことを示している。 Figure 7B (a)-(d) show the relationship between the functional connectivity of brain networks based on the feature vectors (or difference matrices) of two people predicted to have good compatibility. The smaller the component of the difference matrix, the more similar the strength of the functional connectivity of the brain network corresponding to that component, i.e., the correlation value of the time-series data between brain regions, is. Conversely, the larger the component of the difference matrix, the more different the strength of the functional connectivity of the brain network corresponding to that component is. (a) and (c) indicate that the more similar they are, the better the compatibility, and (b) and (d) indicate that the more different they are, the better the compatibility.

図7Bの(a)~(d)の円周に沿って、一部の脳機能に対応するネットワークの位置に、そのネットワークを示すラベルを付した。各ラベルと脳機能との関係を以下に示す。
Vis:視覚
SomMot:体性感覚
Cerebellum:小脳(他のネットワークとの連携)
Limbic:辺縁系(情動・学習等に関与)
Default:デフォルトモード(内的注意・社会性に関与)
Along the circumference of (a) to (d) in Figure 7B, the network locations corresponding to some brain functions are labeled with labels indicating the network. The relationship between each label and the brain function is shown below.
Vis: Vision
SomMot: Somatosensory
Cerebellum: The cerebellum (connection with other networks)
Limbic: Limbic system (involved in emotions, learning, etc.)
Default: Default mode (involved in internal attention and sociality)

図7Bによれば、視覚・感覚運動機能に対応するネットワーク(Vis, SomMot)の寄与結合は相対的には疎であり、性格や行動傾向との関連が認められる高次脳機能に対応するネットワーク(Cerebellum, Limbic, Default)の寄与結合は相対的には密である。これらから、以下の事実を読み取ることができる。すなわち、脳内で行われる視覚処理及び体性感覚の処理の仕方は相性の良否にそれほど寄与しない。一方、性格や行動傾向に関連する脳内で行われる処理の仕方は相性の良さに寄与している。 According to Figure 7B, the contributing connections of the networks corresponding to visual and sensorimotor functions (Vis, SomMot) are relatively sparse, while the contributing connections of the networks corresponding to higher brain functions that are associated with personality and behavioral tendencies (Cerebellum, Limbic, Default) are relatively dense. From this, the following fact can be inferred. That is, the way in which visual and somatosensory processing takes place in the brain does not contribute much to compatibility. On the other hand, the way in which processing takes place in the brain that is related to personality and behavioral tendencies contributes to compatibility.

これらの結果を踏まえ、本発明者は、上述の2組の周波数帯域について機能的結合を利用すれば、その2名同士の相性の予測が可能であるとの結論を得た。併せて、以下のようにして機械学習を行って予測モデルを構築することにより、2名の男女の相性を予測することができるとの結論に至った Based on these results, the inventors concluded that it is possible to predict the compatibility between two people by using the functional connectivity of the two sets of frequency bands mentioned above. In addition, they concluded that it is possible to predict the compatibility between two people, a man and a woman, by constructing a predictive model using machine learning as follows.

(a)男性参加者及び女性参加者の各脳領域の時系列波形を周波数帯域ごとに得て,各相関行列(機能的結合)を算出する。
(b)相性が良いことが予め判明している2名の人間同士の、各相関行列を用いて算出された、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、相性が良いことを示す第1相性ラベル(例:「1」)とを組み合わせる。
(c)相性が良いとは言えないことが予め判明している2名の人間同士の、各相関行列を用いて算出された、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、相性が良いとは言えないことを示す第2相性ラベル(例:「0」)とを組み合わせる。
(d)上記(b)及び(c)で得られた組み合わせをそれぞれ教師データとして用いて機械学習を行って予測モデルを構築する。
(a) Time series waveforms of each brain region of the male and female participants were obtained for each frequency band, and correlation matrices (functional connectivity) were calculated.
(b) A feature vector indicating differences in functional connectivity between brain regions between two people who are known to have good compatibility, calculated using each correlation matrix, is combined with a first compatibility label indicating good compatibility (e.g., "1").
(c) A feature vector indicating the difference in functional connectivity between brain regions calculated using each correlation matrix between two people who are known in advance to not be compatible with each other is combined with a second compatibility label (e.g., "0") indicating that the compatibility is not good.
(d) Using the combinations obtained in (b) and (c) above as training data, machine learning is performed to construct a predictive model.

図8は、本発明者によって構築された予測モデルを利用した相性予測方法の模式図である。上記方法によって学習が行われた予測モデルが情報処理装置10に構築されている。 Figure 8 is a schematic diagram of a compatibility prediction method that uses a prediction model constructed by the present inventor. A prediction model trained by the above method is constructed in the information processing device 10.

まず、相性を予測したい男性及び女性の各脳領域の時系列波形からそれぞれの相関行列を算出し、それら相関行列の絶対値の差分から特徴量ベクトル132を算出する。算出した特徴量ベクトルを情報処理装置10に入力する。情報処理装置10が、特徴量ベクトル132を予測モデルに入力すると、予測モデルからの出力として、相性が良い/良いとは言えない、のいずれかを示す値が出力される。例えば予測モデルからの出力は、相性が良いことを示す相性ラベル「1」、または相性が良いとは言えないことを示す相性ラベル「0」が出力される。 First, correlation matrices are calculated from the time-series waveforms of each brain region of the male and female for which compatibility is to be predicted, and a feature vector 132 is calculated from the difference in absolute values of these correlation matrices. The calculated feature vector is input to the information processing device 10. When the information processing device 10 inputs the feature vector 132 into a prediction model, a value indicating either good or poor compatibility is output as the output from the prediction model. For example, the output from the prediction model is a compatibility label "1" indicating good compatibility, or a compatibility label "0" indicating poor compatibility.

なお、教師データとして相性ラベル「1」または「0」を採用したため、2値の相性ラベル「1」または「0」が出力されている。しかしながら、教師データとして相性ラベルを、例えば4値にした場合には、予測モデルから4値のいずれかを出力させることも可能である。ここでいう「4値」とは、例えば「相性が非常に良い」、「相性が良い」、「相性が悪い」、「相性が非常に悪い」に対応する4つの数値(相性ラベル)である。さらに「相性が良くも悪くもない」を加えた5つの相性ラベルを使用してもよい。ラベル数は任意に設定され得る。 Note that because compatibility labels "1" or "0" are used as training data, binary compatibility labels "1" or "0" are output. However, if the compatibility labels are, for example, four values as training data, it is also possible to output one of the four values from the prediction model. The "four values" here refer to four numerical values (compatibility labels) corresponding to, for example, "very good compatibility," "good compatibility," "poor compatibility," and "very bad compatibility." Furthermore, five compatibility labels may be used, including "neither good nor bad compatibility." The number of labels may be set arbitrarily.

教師データに利用した相性ラベルの種類に応じて機械学習を行わせることにより、予測モデルから出力される相性の種類を3以上にすることができる。相性の種類は、相性の良さの程度に応じて相対的に決まる。教師データとして使用される相性の種類を3以上にした場合には、予測モデルからは、相性が相対的に最もよいことを示すラベル、相性が相対的に最も悪いことを示すラベル、及び、相対的にその間に入る1または複数のラベルが出力され得る。本開示では、学習時及び予測時の相性のラベル数が2であっても3以上であっても、少なくとも、相性が相対的に最もよいことに対応するラベル(または相性が良いことを示す第1相性ラベル)、及び、相性が相対的に最も悪いことに対応するラベル(または相性が良いとは言えないことを示す第2相性ラベル)が教師データに含められ、予測結果として出力される。 By performing machine learning according to the type of compatibility label used in the training data, it is possible to output three or more types of compatibility from the prediction model. The type of compatibility is determined relatively according to the degree of compatibility. When the number of compatibility types used as training data is three or more, the prediction model may output a label indicating the relatively best compatibility, a label indicating the relatively worst compatibility, and one or more labels relatively between them. In the present disclosure, whether the number of compatibility labels at the time of learning and prediction is two or three or more, at least a label corresponding to the relatively best compatibility (or a first compatibility label indicating good compatibility) and a label corresponding to the relatively worst compatibility (or a second compatibility label indicating that compatibility cannot be said to be good) are included in the training data and output as a prediction result.

さらに本発明者は、上述のとおりスピードデートによって上記知見を得たが、上記知見は、男女間の相性を表すだけにはとどまらないと考えられる。脳領域の時系列波形を用いた予測である限り、予測モデルは、男女同士だけではない人間同士の相性を予測することが可能であると考えられるからである。例えば、同性同士の相性、例えば会社という組織内の上司と部下、学校という組織内の教師と生徒、医療者と患者、店員と客、のような、社会的または組織内の立場が相対的に高い人間及び低い人間同士の相性も適切に判定できると強く推測される。 Furthermore, although the inventor obtained the above findings through speed dating as described above, it is believed that the above findings do not only indicate compatibility between men and women. This is because, as long as the prediction is made using time-series waveforms of brain regions, it is believed that the predictive model can predict compatibility between people other than just between men and women. For example, it is strongly speculated that it can appropriately determine compatibility between people of the same sex, or compatibility between people with relatively high and low social or organizational status, such as a boss and a subordinate in a company organization, a teacher and a student in a school organization, a medical professional and a patient, or a store clerk and a customer.

以下、上述の知見に基づいて予測モデルを構築するためのハードウェア構成、構築した予測モデルを用いた相性の予測処理を説明する。
図9は、機械学習を行う際に利用される情報処理装置10のハードウェア構成図である。情報処理装置10は、例えばPC、サーバコンピュータであり得る。情報処理装置10は、CPU21と、通信インタフェース(I/F)22と、記憶装置23とを備える。
Below, a hardware configuration for constructing a prediction model based on the above findings and a compatibility prediction process using the constructed prediction model will be described.
9 is a hardware configuration diagram of an information processing device 10 used for performing machine learning. The information processing device 10 may be, for example, a PC or a server computer. The information processing device 10 includes a CPU 21, a communication interface (I/F) 22, and a storage device 23.

CPU21は、本実施形態における情報処理装置の演算回路の一例である。CPU21は、記憶装置23に格納された制御プログラム26の実行により、予測モデル27の学習及び実行を含む所定の機能を実現する。情報処理装置10は、CPU21が制御プログラム26を実行することで、本実施形態の情報処理装置としての機能を実現する。制御プログラム26は、本実施形態におけるコンピュータプログラムの一例である。なお、本実施形態でCPU21として構成される演算回路は、MPUまたはGPU等の種々のプロセッサで実現されてもよく、1つまたは複数のプロセッサで構成されてもよい。 The CPU 21 is an example of an arithmetic circuit of the information processing device in this embodiment. The CPU 21 executes a control program 26 stored in the storage device 23 to realize predetermined functions including learning and executing a prediction model 27. The information processing device 10 realizes the functions of the information processing device of this embodiment by the CPU 21 executing the control program 26. The control program 26 is an example of a computer program in this embodiment. Note that the arithmetic circuit configured as the CPU 21 in this embodiment may be realized by various processors such as an MPU or GPU, or may be configured by one or more processors.

通信インタフェース22は、例えばイーサネット(登録商標)の通信端子、USB(登録商標)端子である。または通信インタフェース22は、IEEE802.11、4G、または5G等の規格に準拠して通信を行う通信回路である。通信インタフェース22は、イントラネット、インターネット等の通信ネットワークに接続可能である。また、情報処理装置10は、通信インタフェース22を介して他の機器と直接通信を行ってもよく、アクセスポイント経由で通信を行ってもよい。 The communication interface 22 is, for example, an Ethernet (registered trademark) communication terminal or a USB (registered trademark) terminal. Alternatively, the communication interface 22 is a communication circuit that communicates in accordance with standards such as IEEE802.11, 4G, or 5G. The communication interface 22 can be connected to a communication network such as an intranet or the Internet. Furthermore, the information processing device 10 may communicate directly with other devices via the communication interface 22, or may communicate via an access point.

記憶装置23は、情報処理装置10を動作させるために必要なコンピュータプログラム及びデータを記憶する記憶媒体である。記憶装置23は、例えばハードディスクドライブ(HDD)または半導体記憶装置であるソリッド・ステート・ドライブ(SSD)であり得る。記憶装置23は、例えばDRAMまたはSRAM等のRAMにより構成される一時的な記憶素子を備えてもよく、CPU21の作業領域として機能してもよい。記憶装置23は、CPU21で実行される制御プログラム26を記憶し、予測モデル27の構築後は予測モデル27を格納する。 The storage device 23 is a storage medium that stores computer programs and data necessary to operate the information processing device 10. The storage device 23 may be, for example, a hard disk drive (HDD) or a solid state drive (SSD) that is a semiconductor storage device. The storage device 23 may include a temporary storage element configured, for example, by a RAM such as a DRAM or an SRAM, and may function as a working area for the CPU 21. The storage device 23 stores the control program 26 executed by the CPU 21, and stores the prediction model 27 after the prediction model 27 is constructed.

図10は、情報処理装置10のCPU21によって実行される学習処理の手順を示すフローチャートである。併せて図6も参照する。 Figure 10 is a flowchart showing the steps of the learning process executed by the CPU 21 of the information processing device 10. Please also refer to Figure 6.

ステップS11において、CPU21は、通信インタフェース22を介して、教師データ130(図6)を取得する。図6に示すように、教師データ130は、特徴量ベクトルと相性ラベルとの組である。 In step S11, the CPU 21 acquires the teacher data 130 (FIG. 6) via the communication interface 22. As shown in FIG. 6, the teacher data 130 is a set of a feature vector and a compatibility label.

ステップS12において、CPU21は予測モデルの機械学習を実行する。本実施形態においては、エラスティックネットの正則化項を有するスパースロジスティック回帰を用いた機械学習を実行する。 In step S12, the CPU 21 performs machine learning of the prediction model. In this embodiment, machine learning is performed using sparse logistic regression with an elastic net regularization term.

ステップS13において、CPU21はハイパーパラメータを調整する。ステップS14において、CPU21は予測モデル27を生成する。数1及び数2に関連して説明したように、「α」及び「λ」をハイパーパラメータとして、分類器の精度が最も高くなるときのα及びλの値を採用することにより、予測モデル27が構築される。 In step S13, the CPU 21 adjusts the hyperparameters. In step S14, the CPU 21 generates a prediction model 27. As described in relation to Equation 1 and Equation 2, the prediction model 27 is constructed by using "α" and "λ" as hyperparameters and adopting the values of α and λ that maximize the accuracy of the classifier.

上述のように構築された予測モデル27は、そのまま情報処理装置10を利用して、任意の2名の人間の相性の予測に利用することができる。あるいは、予測モデル27を構成するデータを任意の情報処理装置に複製することにより、予測モデル27を生成した情報処理装置10以外の情報処理装置においても相性の予測を行うことができる。 The prediction model 27 constructed as described above can be used as is to predict the compatibility between any two people using the information processing device 10. Alternatively, by duplicating the data constituting the prediction model 27 to any information processing device, compatibility predictions can be made in information processing devices other than the information processing device 10 that generated the prediction model 27.

図11は、複製された予測モデル27を有する情報処理装置30のハードウェア構成図である。情報処理装置30もまた、例えばPC、サーバコンピュータであり得る。情報処理装置30は、CPU41と、入力インタフェース(I/F)42と、記憶装置43と、出力インタフェース(I/F)44とを備える。 Figure 11 is a hardware configuration diagram of an information processing device 30 having a replicated prediction model 27. The information processing device 30 may also be, for example, a PC or a server computer. The information processing device 30 includes a CPU 41, an input interface (I/F) 42, a storage device 43, and an output interface (I/F) 44.

CPU41、入力インタフェース42及び記憶装置43は、それぞれ図9に示すCPU21、通信インタフェース22及び記憶装置23と同様の構成及び機能を有する。よってCPU41、入力インタフェース42及び記憶装置43の説明として、CPU21、通信インタフェース22及び記憶装置23の上記説明を援用する。 The CPU 41, the input interface 42, and the storage device 43 have the same configurations and functions as the CPU 21, the communication interface 22, and the storage device 23 shown in FIG. 9. Therefore, the above description of the CPU 21, the communication interface 22, and the storage device 23 is used to explain the CPU 41, the input interface 42, and the storage device 43.

なお、記憶装置23には予測モデル27が格納されている。予測モデル27は情報処理装置10によって構築されて複製され、記憶装置23に記憶されている。予測モデル27は、例えばCPU41が実行するコンピュータプログラムの一部として組み込まれてもよいし、コンピュータプログラムとは別のデータとして設けられてもよい。 The storage device 23 stores a prediction model 27. The prediction model 27 is constructed and replicated by the information processing device 10 and stored in the storage device 23. The prediction model 27 may be incorporated as part of a computer program executed by the CPU 41, for example, or may be provided as data separate from the computer program.

出力インタフェース44は、例えば情報処理装置30の外部に設けられたディスプレイ50と接続される映像出力端子である。または、出力インタフェース44は、通信ネットワーク52等と接続されてデータ通信を行うことが可能な通信端子または通信回路である。出力インタフェース44が通信端子または通信回路である場合には、その具体的な内容は通信インタフェース22(図9)と同じである。よって通信インタフェース22の上記説明を援用する。 The output interface 44 is, for example, a video output terminal connected to a display 50 provided outside the information processing device 30. Alternatively, the output interface 44 is a communication terminal or communication circuit that is connected to a communication network 52 or the like and is capable of performing data communication. When the output interface 44 is a communication terminal or communication circuit, its specific content is the same as that of the communication interface 22 (Figure 9). Therefore, the above description of the communication interface 22 is used here.

図12は、情報処理装置30のCPU41によって実行される相性の予測処理の手順を示すフローチャートである。相性を予測したい2名の人間は予め定まっているとし、各人の各脳領域の時系列波形(時系列データ)も予め用意されているとする。 Figure 12 is a flowchart showing the procedure of the compatibility prediction process executed by the CPU 41 of the information processing device 30. It is assumed that the two people whose compatibility is to be predicted are predetermined, and that the time series waveforms (time series data) of each person's brain region are also prepared in advance.

ステップS21において、CPU41は入力インタフェース42を介して2名の時系列データを取得する。ステップS22において、CPU41は各時系列データを利用して、各人ごとに2つの脳領域の組み合わせごとの相関係数を算出する。ステップS23において、CPU41は2名の各時系列データから算出された相関行列(第1相関行列及び第2相関行列)を利用して特徴量ベクトルを算出する。特徴量ベクトルは、第1相関行列及び第2相関行列の差分の絶対値として求められた差分行列の上三角成分または下三角成分を行方向に並べて得られた行ベクトルである。 In step S21, the CPU 41 acquires time series data of two people via the input interface 42. In step S22, the CPU 41 uses each time series data to calculate a correlation coefficient for each combination of two brain regions for each person. In step S23, the CPU 41 calculates a feature vector using the correlation matrices (first correlation matrix and second correlation matrix) calculated from the time series data of each person. The feature vector is a row vector obtained by arranging in the row direction the upper triangular components or lower triangular components of the difference matrix calculated as the absolute value of the difference between the first correlation matrix and the second correlation matrix.

ステップS24において、CPU41は得られた特徴量ベクトルを予測モデル27に入力し、予測モデル27の処理を実行する。 In step S24, the CPU 41 inputs the obtained feature vector into the prediction model 27 and executes processing of the prediction model 27.

ステップS25において、CPU41は予測モデル27から予測結果である2名の人間同士の相性を出力する。CPU41は、ディスプレイ50上に文字または画像で予測結果を出力してもよいし、通信ネットワーク52上に予測結果を出力してもよい。後者の場合、例えば当該2名の人間のそれぞれが、自身のスマートフォン等の情報処理装置を用いて予測結果を確認できる。 In step S25, the CPU 41 outputs the predicted compatibility between the two people from the prediction model 27. The CPU 41 may output the predicted result as text or an image on the display 50, or may output the predicted result over the communication network 52. In the latter case, for example, each of the two people can check the predicted result using an information processing device such as their own smartphone.

上述の実施形態では、予測モデル27は、エラスティックネットの正則化項を有するスパースロジスティック回帰を用いた機械学習により構築される例を説明した。本実施形態において、予測モデル27は、他の機械学習手法により生成されてもよい。例えば、サポートベクタマシン、ランダムフォレスト、勾配ブースティング、または人工ニューラルネットワーク等が用いられてもよい。 In the above embodiment, an example has been described in which the prediction model 27 is constructed by machine learning using sparse logistic regression with an elastic net regularization term. In this embodiment, the prediction model 27 may be generated by other machine learning methods. For example, a support vector machine, a random forest, gradient boosting, an artificial neural network, or the like may be used.

本明細書では、時系列データは、連続撮影されたfMRI画像である例を説明した。しかしながら、fMRI画像の利用は一例である。複数の脳領域の活動を取得できる方法であれば、他の方法によって取得された時系列データも利用可能である。例えば、脳波計で取得された、脳の電気的な活動によって生じる電位の変化を示す時系列脳波データ(EEG)を採用することができる。または、脳磁計で取得された、脳の電気的な活動によって生じる磁場の変化を示す時系列脳磁場データ(MEG)を採用してもよい。さらには、NIRS計測装置で近赤外線分光法を用いて計測された、脳の血流動態の変化である時系列脳データを採用してもよい。現時点では医療機関でfMRI画像を取得する必要があるが、ヘルメット型の脳波計などが普及すれば個人がEEGを取得することは可能になり、予測モデル27を利用するための時系列データを取得しやすくなると考えられる。なお、fMRI画像、EEG、MEG及びNIRSによる各データは排他的ではなく、複数を組み合わせてもよい。 In this specification, an example has been described in which the time-series data is fMRI images captured continuously. However, the use of fMRI images is just one example. Time-series data acquired by other methods can also be used as long as the method can acquire the activity of multiple brain regions. For example, time-series electroencephalogram data (EEG) acquired by an electroencephalograph showing changes in potential caused by electrical activity of the brain can be adopted. Alternatively, time-series magnetic field data (MEG) acquired by a magnetoencephalograph showing changes in magnetic field caused by electrical activity of the brain can be adopted. Furthermore, time-series brain data, which is changes in cerebral blood flow dynamics measured using near-infrared spectroscopy with a NIRS measuring device, can be adopted. At present, fMRI images need to be acquired at a medical institution, but if helmet-type electroencephalographs and the like become widespread, it will be possible for individuals to acquire EEG, and it is thought that it will be easier to acquire time-series data for using the prediction model 27. Note that the data obtained by fMRI images, EEG, MEG, and NIRS are not exclusive, and multiple combinations may be used.

上述のフローチャート(図10及び図12)は、CPUによって実行されるコンピュータプログラムとして実現され得る。図12については、予測モデル27のデータを組み込んだコンピュータプログラムとして実現されてもよい。 The above-mentioned flowcharts (FIGS. 10 and 12) can be realized as computer programs executed by a CPU. FIG. 12 may be realized as a computer program incorporating data from the prediction model 27.

本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。すなわち、当業者が適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本開示の範疇である。 This disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible. In other words, embodiments obtained by combining technical means modified as appropriate by a person skilled in the art are also within the scope of this disclosure.

本開示は、2名の人間同士の相性を予測する情報処理装置、コンピュータプログラム及び学習済み予測モデルに適用可能である。 This disclosure is applicable to information processing devices, computer programs, and trained prediction models that predict the compatibility between two people.

10、30 情報処理装置
21 CPU
22 通信インタフェース(I/F)
23 記憶装置
27 予測モデル
41 CPU
42 入力インタフェース(I/F)
43 記憶装置
44 出力インタフェース(I/F)
100 脳のfMRI画像
102 時系列波形/時系列データ
110 脳
120、122 相関行列
124 差分行列
126 特徴量ベクトル
130 教師データ
10, 30 Information processing device 21 CPU
22 Communication interface (I/F)
23 Storage device 27 Prediction model 41 CPU
42 Input interface (I/F)
43 Storage device 44 Output interface (I/F)
100 fMRI image of brain 102 Time series waveform/time series data 110 Brain 120, 122 Correlation matrix 124 Difference matrix 126 Feature vector 130 Training data

Claims (19)

人間同士の相性を予測するための情報処理装置であって、
演算回路と、
予測モデルを記憶する記憶装置と、
人間の脳の活動の変化を示す時系列データを取得する入力インタフェースと、
人間同士の相性の予測結果を出力する出力インタフェースと
を備え、
前記人間の脳は複数の脳領域を含み、前記複数の脳領域の各々は前記脳が有する複数の機能の各々と関連付けられており、
前記時系列データは、前記複数の脳領域の各々から取得された、各脳領域の活動の時間的な変化を示すデータを含み、
前記入力インタフェースは、第1の人間及び第2の人間の各時系列データである第1時系列データ及び第2時系列データを取得し、
前記演算回路は、
前記第1時系列データ及び前記第2時系列データの各々を利用して、前記複数の脳領域のうちから選択された2つの脳領域の組み合わせ毎に、脳領域間の機能的な結合の程度を示す相関係数を算出することにより、前記第1の人間の脳領域間の相関係数の集合である第1相関行列及び前記第2の人間の脳領域間の相関係数の集合である第2相関行列を生成し、
前記第1相関行列及び前記第2相関行列を利用して、前記第1の人間と前記第2の人間との間の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルを算出し、
前記特徴量ベクトルを前記予測モデルに入力して、前記第1の人間と前記第2の人間との相性を予測し、
前記予測モデルは、少なくとも、
相性が良いことが予め判明している2名の人間同士の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、相性が良いことを示す第1相性ラベルとの組み合わせである第1の種類の教師データ、及び、
相性が良いとは言えないことが予め判明している2名の人間同士の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、相性が良いとは言えないことを示す第2相性ラベルとの組み合わせである第2の種類の教師データ
を、それぞれ用いて機械学習が行われることによって構築されている
情報処理装置。
An information processing device for predicting compatibility between people,
An arithmetic circuit;
A storage device that stores a prediction model;
An input interface for acquiring time-series data showing changes in human brain activity;
and an output interface that outputs a prediction result of compatibility between people;
the human brain includes a plurality of brain regions, each of the plurality of brain regions being associated with a respective one of a plurality of functions of the brain;
the time-series data includes data obtained from each of the plurality of brain regions and indicating a temporal change in activity of each of the brain regions;
The input interface acquires first time series data and second time series data, which are time series data of a first person and a second person, respectively;
The arithmetic circuit includes:
using each of the first time-series data and the second time-series data to calculate a correlation coefficient indicating a degree of functional connectivity between brain regions for each combination of two brain regions selected from the plurality of brain regions, thereby generating a first correlation matrix which is a set of correlation coefficients between the first human brain regions and a second correlation matrix which is a set of correlation coefficients between the second human brain regions;
Calculating a feature vector indicating a difference in functional connectivity between brain regions between the first human and the second human using the first correlation matrix and the second correlation matrix;
inputting the feature vector into the prediction model to predict compatibility between the first person and the second person;
The prediction model comprises at least
A first type of training data is a combination of a feature vector indicating a difference in functional connectivity between brain regions between two people who are known to have good compatibility in advance and a first compatibility label indicating good compatibility; and
An information processing device constructed by performing machine learning using a second type of training data which is a combination of a feature vector indicating differences in functional connectivity between brain regions between two people who are known in advance to not be compatible with each other and a second compatibility label indicating that the people do not get along well.
前記時系列データは、
fMRI装置で撮影された複数のfMRI画像から得られた所定の周波数帯域の時系列波形データ、
脳波計で取得された、脳の電気的な活動によって生じる電位の変化を示す時系列脳波データ、
脳磁計で取得された、脳の電気的な活動によって生じる磁場の変化を示す時系列脳磁場データ、および/または、
NIRS計測装置で近赤外線分光法を用いて計測された、脳の血流動態の変化である時系列脳データ
である、請求項1に記載の情報処理装置。
The time series data is
Time series waveform data of a predetermined frequency band obtained from a plurality of fMRI images taken by an fMRI device;
Time-series electroencephalogram (EEG) data obtained by an electroencephalograph, which shows changes in electrical potential caused by electrical activity in the brain;
Time-series magnetic field data obtained by a magnetoencephalograph, which shows changes in the magnetic field caused by electrical activity in the brain, and/or
The information processing device according to claim 1 , wherein the time-series brain data is a change in cerebral blood flow dynamics measured by a NIRS measuring device using near-infrared spectroscopy.
前記時系列データが、前記所定の周波数帯域の時系列波形データである場合において、前記周波数帯域は、0.118Hz~0.216Hzの一部または全部、および/または、0.059Hz~0.118Hzの一部または全部を含む、請求項に記載の情報処理装置。 3. The information processing device according to claim 2, wherein when the time series data is time series waveform data of the predetermined frequency band, the frequency band includes all or a part of 0.118 Hz to 0.216 Hz, and/or all or a part of 0.059 Hz to 0.118 Hz. 前記複数の脳領域はM個存在し、
前記第1相関行列及び前記第2相関行列は、M×M行列であり、
前記行列の(i,j)成分及び(j,i)成分は、第i番目の脳領域と第j番目の脳領域の脳領域間の機能的な結合の程度を示す相関係数である
請求項1から3のいずれかに記載の情報処理装置。
There are M brain regions,
the first correlation matrix and the second correlation matrix are M×M matrices;
The information processing device according to claim 1 , wherein the (i, j) and (j, i) components of the matrix are correlation coefficients indicating a degree of functional connectivity between the i-th brain region and the j-th brain region.
前記特徴量ベクトルは、前記第1相関行列と、前記第2相関行列との差分の絶対値として算出される、請求項4に記載の情報処理装置。 The information processing device according to claim 4, wherein the feature vector is calculated as an absolute value of the difference between the first correlation matrix and the second correlation matrix. 前記予測モデルは、エラスティックネットの正則化項を有するスパースロジスティック回帰を用いて構築されている、請求項1から5のいずれかに記載の情報処理装置。 The information processing device according to any one of claims 1 to 5, wherein the prediction model is constructed using sparse logistic regression with an elastic net regularization term. 前記第1の人間及び前記第2の人間は、男性及び女性であり、
前記予測モデルの構築に用いられた、前記相性が良いことが予め判明している2名の人間は男性及び女性であり、前記相性が良いとは言えないことが予め判明している2名の人間は男性及び女性である、請求項1から6のいずれかに記載の情報処理装置。
the first human being and the second human being are a male and a female;
7. An information processing device according to claim 1, wherein the two people known to have good compatibility used in constructing the predictive model are a man and a woman, and the two people known to have poor compatibility are a man and a woman.
前記第1の人間及び前記第2の人間は、互いに同性であり、
前記予測モデルの構築に用いられた、前記相性が良いことが予め判明している2名の人間は互いに同性であり、前記相性が良いとは言えないことが予め判明している2名の人間は互いに同性である、請求項1から6のいずれかに記載の情報処理装置。
the first person and the second person are of the same sex;
7. An information processing device according to claim 1, wherein the two people known to have good compatibility used in constructing the predictive model are of the same sex, and the two people known to have poor compatibility are of the same sex.
前記第1の人間及び前記第2の人間は、社会的または組織内の立場が相対的に高い人間及び低い人間であり、
前記予測モデルの構築に用いられた、前記相性が良いことが予め判明している2名の人間は、社会的または組織内の立場が相対的に高い人間及び低い人間であり、前記相性が良いとは言えないことが予め判明している2名の人間は、社会的または組織内の立場が相対的に高い人間及び低い人間である、請求項1から6のいずれかに記載の情報処理装置。
The first person and the second person are people who have a relatively high or low social or organizational status,
An information processing device as described in any one of claims 1 to 6, wherein the two people who are known to have a good compatibility and who are used to construct the predictive model are a person who has a relatively high status and a person who has a relatively low status in society or within an organization, and the two people who are known to not have a good compatibility are a person who has a relatively high status and a person who has a relatively low status in society or within an organization.
前記記憶装置は、前記時系列データを保持し、
前記入力インタフェースは、前記演算回路と接続された入力端子であり、前記記憶装置から読み出された前記時系列データを取得して前記演算回路に入力する、請求項1から9のいずれかに記載の情報処理装置。
The storage device stores the time series data,
10. The information processing device according to claim 1, wherein the input interface is an input terminal connected to the arithmetic circuit, and acquires the time-series data read from the storage device and inputs the data to the arithmetic circuit.
前記時系列データは、外部の装置によって収集または保持され、
前記入力インタフェースは、前記外部の装置から通信回線を介して送信された前記時系列データを受信する通信端子である、請求項1から9のいずれに記載の情報処理装置。
The time series data is collected or stored by an external device;
10. The information processing apparatus according to claim 1, wherein the input interface is a communication terminal that receives the time series data transmitted from the external device via a communication line.
前記出力インタフェースは、前記演算回路と接続された出力端子であり、前記演算回路から出力された前記予測結果を出力する、請求項1から11のいずれかに記載の情報処理装置。 The information processing device according to any one of claims 1 to 11, wherein the output interface is an output terminal connected to the arithmetic circuit and outputs the prediction result output from the arithmetic circuit. 前記出力インタフェースは、映像出力端子である、請求項12に記載の情報処理装置。 The information processing device according to claim 12, wherein the output interface is a video output terminal. 前記出力インタフェースは、前記予測結果を通信回線に出力する通信端子である、請求項1から11のいずれかに記載の情報処理装置。 The information processing device according to any one of claims 1 to 11, wherein the output interface is a communication terminal that outputs the prediction result to a communication line. 前記予測モデルは、前記第1の種類の教師データ及び前記第2の種類の教師データに加え、さらに1または複数の他の種類の教師データを用いて前記機械学習が行われることによって構築されており、
前記1または複数の他の種類の教師データは、
相性が良いこと、及び、相性が良いとは言えないこと、との関係で相対的に決定される相性の程度が予め判明している2名の人間同士の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、前記相性の程度を示す1または複数の相性ラベルとの組み合わせである、請求項1から14のいずれかに記載の情報処理装置。
the prediction model is constructed by performing the machine learning using one or more other types of teacher data in addition to the first type of teacher data and the second type of teacher data,
The one or more other types of teacher data,
An information processing device as described in any one of claims 1 to 14, which is a combination of a feature vector indicating differences in functional connectivity between brain regions between two people whose degree of compatibility, determined relatively in relation to whether they have good compatibility or not, is known in advance, and one or more compatibility labels indicating the degree of compatibility.
情報処理装置の演算回路によって実行されて、前記情報処理装置に人間同士の相性を予測させるコンピュータプログラムであって、
前記情報処理装置は、
前記演算回路と、
予測モデルを記憶する記憶装置と、
人間の脳の活動の変化を示す時系列データを取得する入力インタフェースと、
人間同士の相性の予測結果を出力する出力インタフェースと
を備え、
前記人間の脳は複数の脳領域を含み、前記複数の脳領域の各々は前記脳が有する複数の機能の各々と関連付けられており、
前記時系列データは、前記複数の脳領域の各々から取得された、各脳領域の活動の時間的な変化を示すデータを含み、
前記コンピュータプログラムは、前記演算回路に、
前記入力インタフェースを介して、第1の人間及び第2の人間の各時系列データである第1時系列データ及び第2時系列データを取得させ、
前記第1時系列データ及び前記第2時系列データの各々を利用して、前記複数の脳領域のうちから選択された2つの脳領域の組み合わせ毎に、脳領域間の機能的な結合の程度を示す相関係数を算出させることにより、前記第1の人間の脳領域間の相関係数の集合である第1相関行列及び前記第2の人間の脳領域間の相関係数の集合である第2相関行列を生成させ、
第1相関行列及び前記第2相関行列を利用して、前記第1の人間と前記第2の人間との間の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルを算出させ、
前記特徴量ベクトルを前記予測モデルに入力して、前記第1の人間と前記第2の人間との相性を予測させ、
前記予測モデルは、少なくとも、
相性が良いことが予め判明している2名の人間同士の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、相性が良いことを示す第1相性ラベルとの組み合わせである第1の種類の教師データ、及び、
相性が良いとは言えないことが予め判明している2名の人間同士の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、相性が良いとは言えないことを示す第2相性ラベルとの組み合わせである第2の種類の教師データ
を、それぞれ用いて機械学習が行われることによって構築されている、コンピュータプログラム。
A computer program that is executed by an arithmetic circuit of an information processing device to cause the information processing device to predict compatibility between people,
The information processing device includes:
The arithmetic circuit;
A storage device that stores a prediction model;
An input interface for acquiring time-series data showing changes in human brain activity;
and an output interface that outputs a prediction result of compatibility between people;
the human brain includes a plurality of brain regions, each of the plurality of brain regions being associated with a respective one of a plurality of functions of the brain;
the time-series data includes data obtained from each of the plurality of brain regions and indicating a temporal change in activity of each of the brain regions;
The computer program causes the arithmetic circuit to
acquiring first time series data and second time series data, which are time series data of a first person and a second person, via the input interface;
using each of the first time-series data and the second time-series data, a correlation coefficient indicating a degree of functional connection between brain regions is calculated for each combination of two brain regions selected from the plurality of brain regions, thereby generating a first correlation matrix which is a set of correlation coefficients between the first human brain regions and a second correlation matrix which is a set of correlation coefficients between the second human brain regions;
calculating a feature vector indicating a difference in functional connectivity between brain regions between the first person and the second person using the first correlation matrix and the second correlation matrix;
inputting the feature vector into the prediction model to predict compatibility between the first person and the second person;
The prediction model comprises at least
A first type of training data is a combination of a feature vector indicating a difference in functional connectivity between brain regions between two people who are known to have good compatibility in advance and a first compatibility label indicating good compatibility; and
A computer program constructed by performing machine learning using a second type of training data, which is a combination of a feature vector indicating differences in functional connectivity between brain regions between two people who are known in advance to not be compatible with each other and a second compatibility label indicating that the people do not get along well.
前記予測モデルをさらに包含する、請求項16に記載のコンピュータプログラム。 The computer program of claim 16, further comprising the predictive model. 第1の人間と第2の人間との間の相性を予測するための学習済み予測モデルであって、
前記学習済み予測モデルのパラメータは、少なくとも、
相性が良いことが予め判明している2名の人間同士の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、相性が良いことを示す第1相性ラベルとの組み合わせである第1の種類の教師データ、及び、
相性が良いとは言えないことが予め判明している2名の人間同士の、脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルと、相性が良いとは言えないことを示す第2相性ラベルとの組み合わせである第2の種類の教師データ
を、それぞれ用いて機械学習が行われることによって調整されており、
コンピュータを、
前記第1の人間と前記第2の人間との間の脳領域間の機能的な結合の相違を示す特徴量ベクトルを入力として受け付け入力された前記特徴量ベクトルに対して前記パラメータに基づく演算を行い、前記第1の人間と前記第2の人間との相性を予測結果として出力するよう機能させる、学習済み予測モデル。
A trained predictive model for predicting compatibility between a first person and a second person, comprising:
The parameters of the trained prediction model include at least
A first type of training data is a combination of a feature vector indicating a difference in functional connectivity between brain regions between two people who are known to have good compatibility in advance and a first compatibility label indicating good compatibility; and
The second type of training data is a combination of a feature vector indicating a difference in functional connectivity between brain regions between two people who are known in advance to not be compatible with each other and a second compatibility label indicating that the two people are not compatible with each other, and the training data is adjusted by machine learning using the feature vector and a second compatibility label indicating that the two people are not compatible with each other,
Computer,
A trained prediction model that functions to accept as input a feature vector indicating differences in functional connectivity between brain regions between the first human and the second human, perform a calculation on the input feature vector based on the parameters, and output a prediction result regarding compatibility between the first human and the second human.
人間の脳は複数の脳領域を含み、前記複数の脳領域の各々は前記脳が有する複数の機能の各々と関連付けられており、
前記2名の人間同士の特徴量ベクトルは、
前記2名の人間の各々から第1時系列データ及び第2時系列データを取得する工程であって、前記第1時系列データは、前記2名の人間の一方の各脳領域から取得された、前記各脳領域の活動の時間的な変化を示す時系列データであり、前記第2時系列データは、前記2名の人間の他方の各脳領域から取得された、前記各脳領域の活動の時間的な変化を示す時系列データである、工程と、
前記第1時系列データ、及び前記第2時系列データの各々を利用して、前記複数の脳領域のうちから選択された2つの脳領域の組み合わせ毎に、脳領域間の機能的な結合の程度を示す相関係数を算出することにより、前記2名の人間の一方の脳領域間の相関係数の集合である第1相関行列及び前記2名の人間の他方の脳領域間の相関係数の集合である第2相関行列を生成する工程と、
前記第1相関行列及び前記第2相関行列の差分の絶対値を算出する工程と
によって算出される、請求項18に記載の学習済み予測モデル。
the human brain includes a plurality of brain regions, each of the plurality of brain regions being associated with a respective one of a plurality of functions of the brain;
The feature vector between the two people is
acquiring first time series data and second time series data from each of the two people, the first time series data being time series data acquired from each brain region of one of the two people and showing temporal changes in activity of the respective brain regions, and the second time series data being time series data acquired from each brain region of the other of the two people and showing temporal changes in activity of the respective brain regions;
calculating a correlation coefficient indicating a degree of functional connectivity between brain regions for each combination of two brain regions selected from the plurality of brain regions using each of the first time-series data and the second time-series data, thereby generating a first correlation matrix which is a set of correlation coefficients between one brain region of the two people and a second correlation matrix which is a set of correlation coefficients between the other brain region of the two people;
20. The trained prediction model of claim 18, wherein the trained prediction model is calculated by: calculating an absolute value of a difference between the first correlation matrix and the second correlation matrix.
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