SRC 10대 과제

1. 바이오 / 의학 데이터로부터의
지식발견 기법 연구
김유경
선도연구센터 SRC
1

2. 김유경 | 바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
I
II
III
IV
연구의 주제 및 성격
연구의 선도성
연구의 융합성
연구 실적 목록
V 향후 계획
목차

3. 김유경 | 바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
바이오 / 의학 데이터인 다차원 뇌 영상 데이터베이스를 구축하고 뇌 신경망의 특성
추출 방법의 개발 , 질병의 특성 추출 - 분류 - 예후평가를 위한 지식발견 기법을 연구
연구의 주제 및 성격 – 바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
[Brain Data] [Brain network]
분석
가공
1 단계 : 데이터선정 / 확보 2 단계 : 뇌 신경망 구성 3 단계 : 지식발견기법
[Creative Knowledge]
적용
뇌 구조및 해부학적인 정보 – MRI, DTI
뇌 기능적 정보 – PET, fMRI
뇌 구조 / 기능 정보를 이용한 신경망 구성
뇌 신경망을 이용한 질환 분류및 예후평가
뇌 영상 데이터를 이용한 뇌 신경계
만성 질환의 진행 모델 개발
신경망의 특성 추출
다차원 뇌 신경망 정보의 통합모델 제시
L.S-AccL.T-Tp
L.S-HG
L.T-PP
R.P-SPG R.P-AGR.T-ITi
L.T-MTr
R.T-ITc
O,C
R.S-HG/
PHr/PHc,
T,P
R.T-PT/TE/
STr/MTi
L.S-PHc
F
R.P
R.S-Am
R.P-AG
R.T-ITi
R.P-SPG
L.S-HG
L.S-Acc
S
R.T-ITc
R.T-PT/TE/
STr/MTi
T
R.S-Am
R.F-SF
AD
정상성인의 노화에 따른 뇌 변화의 규준 확립
질환의 진행에 따른 뇌 변화 데이터의 확보
20
40
60
80
0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
β0
Filtration value ε
AUC
age
20s
40s
60s

4. 김유경 | 바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
• 뇌 영상 데이터로부터 뇌 신경망을 구성하고 질환 특이적 특성을 추출을 위한 방법론의 개
발은 임상적용 , 활용 가능성 측면에서 선도적임
• 다차원 뇌 영상 데이터를 이용한 뇌 신경망의 통합모델 제시를 위한 방법의 개발은 실제 바
이오 / 의학 데이터로부터 질환의 진단 및 분류 예측을 위한 지식 발견 기법 활용에 선도적
기여를 할 것임 .
연구의 선도성 – 연구 주제 , 방법과 성과 측면
연구 주제의 선도성 연구 방법의 선도성
바이오 의학 데이터의 특성을 고려
하지 않은 단순 뇌 기능 평가
바이오 의학 데이터의 특성을 고려
하지 않은 단순 뇌 기능 평가
질환의 진단및 분류의 활용을 위
한 지식창출
질환의 진단및 분류의 활용을 위
한 지식창출
기존 연구 한계
다차원 뇌영상 결과 병렬적 나열다차원 뇌영상 결과 병렬적 나열
뇌 영역간 낮은 상관관계의 무시
및 입력관계의 임의적 선정
뇌 영역간 낮은 상관관계의 무시
및 입력관계의 임의적 선정
질환분류의 민감도를 높이고
질환 특이적 신경망의 특성을 추
출할 수 있는 방법 개발
질환분류의 민감도를 높이고
질환 특이적 신경망의 특성을 추
출할 수 있는 방법 개발
다차원 뇌 영상정보의 통합적 해
석을 위한 분석 방법
다차원 뇌 영상정보의 통합적 해
석을 위한 분석 방법
바이오 / 의학 데이터의 특성을
보존한 분석방법의 개발
바이오 / 의학 데이터의 특성을
보존한 분석방법의 개발
연구 성과의 선도성
뇌 신경망 변화의 1 차원적 조망뇌 신경망 변화의 1 차원적 조망
뇌 영상 데이터의 1 차원적 활용뇌 영상 데이터의 1 차원적 활용
바이오 / 의학 데이터가 가지고
있는 최대한의 정보를 활용한 지
식 창출
바이오 / 의학 데이터가 가지고
있는 최대한의 정보를 활용한 지
식 창출
뇌 신경망분석의 질환 활용기술
기존 연구 한계
뇌 신경망 특성 추출 기법
기존 연구 한계
고차원 뇌 영상 데이터로부터 다
차원적 정보의 통합모델 제시
고차원 뇌 영상 데이터로부터 다
차원적 정보의 통합모델 제시
뇌 영상기술 임상적 활용

5. 김유경 | 바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
• 바이오 / 의학 데이터로부터의 우수한 지식발견을 위해서는 의학 , 통계학 , 컴퓨터 과학이 융
합된 다학제적 연구가 진행되어야 함 .
• 뇌 영상 데이터로부터 발견된 지식의 실용 및 임상 활용을 위해서는 민감도가 높고 질환 특
이성을 잘 찾아낼 수 있는 통계적 방법 , 새로운 컴퓨터 과학적 방법이 뒷받침되어야 함 .
연구의 융합성 – 연구 주제 , 과정과 인력 측면
연구 과정의 융합성
기술경영 : 다양한 기계학
습적 기법에 적용 . 성능비
교
기술경영 : 다양한 기계학
습적 기법에 적용 . 성능비
교
뇌 영상
데이터로
부터 신
경망 특
성 추출
고차원 신
경망의 시
각화 및
분류기법
통계적 유의성 ( 통계학 )
분류기법 및 시각화
( 컴퓨터 과학 )
데이터 분석과 시각화 부분 모두에서 다
른 팀들과의 협업을 수행
기술경영 : 통계학 랩미팅
조인 융합연구 진행
데이터 모델링 : 바이오 /
의학 데이터 특성보존한
통계적 분석 알고리즘에
대한 협동연구 진행
기술경영 : 통계학 랩미팅
조인 융합연구 진행
데이터 모델링 : 바이오 /
의학 데이터 특성보존한
통계적 분석 알고리즘에
대한 협동연구 진행
정보 시각화 : 효율적 시
각화를 위한 연구진행
정보 시각화 : 효율적 시
각화를 위한 연구진행
통계학 ( 이영조교수 연구팀 )
컴퓨터 과학
 데이터 모델링 및 통계적 유의성 검증
을 위한 통계방법 개발
 뇌 신경망 데이터에 적용
 데이터 모델링 및 통계적 유의성 검증
을 위한 통계방법 개발
 뇌 신경망 데이터에 적용
 뇌 신경망 특성의 정보 시각화 및 구조
적 시각화에 적용을 위한 융합 가능성
 뇌 신경망 특성의 정보 시각화 및 구조
적 시각화에 적용을 위한 융합 가능성
타 분야와의 융합 연구 경험 및 지식을
갖춘 연구 인력으로 구성
연구 인력의 융합성연구 주제의 융합성
의학
 다차원 뇌 영상
데이터 통합 기법 제공
 질환 활용을 위한
민감하고 특이적인
통계방법 제공
통계학
 뇌 신경망 다차원적
시각화 기법 제공
 질환분류를 위한
기계학습적 방법제공
컴퓨터 과학
 바이오 / 의학 데이터의
특성 활용 및 보존을 위한
지식 제공
뇌 신경망 기반의
질환 분류및 예측

6. 김유경 | 바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
• 주제와 관련된 다양한 연구를 진행하였으며 , 초기의 단독연구 단계를 거쳐 다른 팀들과의
공동연구 단계로 확대 발전∙
연구 실적 목록 – 학술지 실적
논문명
게재
연월
저널명 구분
Central presentation of postviral olfactory loss evaluated by positron emission tomography scan: A
pilot study
201205
AMERICAN JOURNAL OF RHINOLOGY &
ALLERGY
SCI
Persistent brain network homology from the perspective of dendrogram 201212 IEEE Transactions on Medical Imaging SCI
Transcranial Direct Current Stimulation to Lessen Neuropathic Pain After Spinal Cord Injury: A
Mechanistic PET Study
201311 Neurorehabilitation and neural repair SCI
Cortical and white matter alterations in patients with neuropathic pain after spinal cord injury 201312 Brain Research SCI
Investigating the Different Mechanisms of Genotoxic and Non-Genotoxic Carcinogens by a Gene
Set Analysis
201401 PLOS ONE SCI
Blocking of Irrelevant Memories by Posterior Alpha Activity Boosts Memory Encoding 201402 HUMAN BRAIN MAPPING SCI
In Vivo Imaging of mGluR5 Changes during Epileptogenesis Using [11C]ABP688 PET in
Pilocarpine-Induced Epilepsy Rat Model
201403 PLoS ONE SCI
Abnormal metabolic connectivity in the pilocarpine-induced epilepsy rat model: A multiscale
network analysis based on persistent homology
201405 Neuroimage SCI
Functional Recovery After Ischemic Stroke Is Associated With Reduced GABAergic Inhibition in
the Cerebral Cortex: A GABA PET Study
201407 Neurorehabilitation and Neural Repair SCI
Morphological brain network assessed using graph theory and network filtration in deaf adults 201409 Hearing Research SCI
Optimal likelihood-ratio multiple testing with application to Alzheimer’s disease and questionable
dementia
2015 BMC Medical Research Methodology SCI
Brain networks engaged in audiovisual integration during speech perception revealed by persistent
homology-based network filtration
2015Epub Brain Connectivity 비 SCI

7. 김유경 | 바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
• 주제와 관련된 다양한 연구를 진행하였으며 , 초기의 단독연구 단계를 거쳐 다른 팀들과의
공동연구 단계로 확대 발전∙
연구 실적 목록 – 국제학회 실적
논문명 학회명
Functional and structural network in left medial temporal
lobe epilepsy using graph filtration
Organizations for Human Brain
Mapping 2012
Similar brain network in children with autism spectrum
disorder and their unaffected siblings
Organizations for Human Brain
Mapping 2012
Edge selection method preserving the topological features
of brain network
Organizations for Human Brain
Mapping 2012
Graphical modeling of brain network on fMRI during
audiovisual speech task
Organizations for Human Brain
Mapping 2012
Changes on gray matter density and cortical thickness in
postlingual deaf by CCA and jICA
Organizations for Human Brain
Mapping 2012
The Association of Amyloid Burden with Cerebral Glucose
Metabolism and Gray Matter Volumn in Alzheimer's
Disease
Organizations for Human Brain
Mapping 2012
Network analysis based on graph filtration during
working memory maintenance
The 18th International
Conference on Biomagnetism
Weighted functional brain network modeling via network
filtration
NIPS workshop on Algebraic
Topology and Machine Learning
Altered Cortical and hippocampal connectivity patterns of
striatum in Parkinson's disease
2013 Organization for Human
Brain Mapping
논문명 학회명
Alteration of corticostriatal connectivity in impulse control
behaviors in Parkinson’s disease
Society for Neuroscience 2013
Annual Meeting
Correlation between white matter integrity and cognitive
function in ADHD
Society for Neuroscience 2013
Annual Meeting
Functional Modules of Cross-Time and Frequency Power in
Attentional Control overn Brain Mapping
Organization for Human Brain
Mapping 2014
Different Grey Matter Changes in Internet Addiction from
Alcohol
Organization for Human Brain
Mapping 2014
Age-related changes on structural brain network in healthy
adults
Organization for Human Brain
Mapping 2014
Gray Matter Changes in Parkinson's Disease Patients with
Rapid Eye Movement Sleep
Organization for Human Brain
Mapping 2014
Gender difference of metabolic brain network with weighted
structural connection
Organization for Human Brain
Mapping 2014
Morphological brain network alterations in deaf adults
assessed by cortical thickness
Organization for Human Brain
Mapping 2014
Aberrant module detection in metabolic network of
Alzheimer’s disease using higher order Laplacian
Organization for Human Brain
Mapping 2014

8. 김유경 | 바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
• 주제와 관련된 다양한 연구를 진행하였으며 , 초기의 단독연구 단계를 거쳐 다른 팀들과의
공동연구 단계로 확대 발전∙
연구 실적 목록 – 국내학회 실적
논문명 학회명
Large-scale functional brain network for attentional regulation of encoding: Oscillatory interactions
based on bipartite graph filtration
2014 대한뇌기능매핑학회
추계학술대회
Abberant structural network in children with attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) using
network filtration analysis
2014 대한뇌기능매핑학회
추계학술대회
Age-related chanages of resting state metabolic and funcitonal brain network in healthy adults using
graph filtration
2014 대한뇌기능매핑학회
추계학술대회

9. 김유경 | 바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
• 현재 3 단계 과정 중 1 단계 데이터베이스 구축과 2 단계인 지식 창출 방법론 개발 단계가
진행 중이며 , 이를 바탕으로 3 단계 뇌 신경망 기반의 질환분류 및 시스템의 모듈을 구축할
계획
향후 계획 – 추진 로드맵
진행중
1 단계
(2011~2012)
진행중
2 단계
(2012~2015)
기획중3 단계
(2015~2017)
데이터 선정 및 수집
 정상성인 뇌의 구조및 기능적 영상 정보를 수집
 바이오 / 의학 데이터 특성보존을 위한 탐색 및 특성 파
악
 질환군 뇌 영상 데이터의 확보
지식 창출 방법론 개발
 뇌 영상 데이터 전처리 , 변환 및 신경망 구성
 질환 특이적 신경망 특성 추출 방법의 개발
 다차원 데이터의 통합적 분석을 위한 데이터 분석 방법론 적
용
바이오 / 의학 데이터로부터 지식발견 기법의 활용
 질환 특이적 신경망 특성을 이용한 질환의 분류및 예후 평가방법
구축
 뇌 신경망을 기반으로 한 질환 진행 모델 제시

10. 김유경 | 바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
바이오 / 의학 데이터로부터의 지식발견 기법 연구
• 현재 3 단계 과정 중 1 단계 데이터베이스 구축과 2 단계인 지식 창출 방법론 개발 단계가
진행 중이며 , 이를 바탕으로 3 단계 뇌 신경망 기반의 질환분류 및 시스템의 모듈을 구축할
계획
향후 계획 – 추진 로드맵
진행중
1 단계
(2011~2012)
진행중
2 단계
(2012~2015)
기획중3 단계
(2015~2017)
데이터 선정 및 수집
 정상성인 뇌의 구조및 기능적 영상 정보를 수집
 바이오 / 의학 데이터 특성보존을 위한 탐색 및 특성 파
악
 질환군 뇌 영상 데이터의 확보
지식 창출 방법론 개발
 뇌 영상 데이터 전처리 , 변환 및 신경망 구성
 질환 특이적 신경망 특성 추출 방법의 개발
 다차원 데이터의 통합적 분석을 위한 데이터 분석 방법론 적
용
바이오 / 의학 데이터로부터 지식발견 기법의 활용
 질환 특이적 신경망 특성을 이용한 질환의 분류및 예후 평가방법
구축
 뇌 신경망을 기반으로 한 질환 진행 모델 제시