一、研究背景と学問的最前線 がん予後解析は、医学分野の中核的な研究テーマであり続けています。近年、ハイスループットシーケンシング技術（high-throughput sequencing technologies）が広く応用されたことで、科学者たちはがん患者の分子バイオマーカー（biomarker）や臨床的特徴をより深く探求できるようになりました。これにより、臨床医は患者の生存リスクをより正確に評価し、個別化された治療戦略を立てることが可能になりました。伝統的なCox比例ハザードモデル（Cox proportional hazards model）は、生存解析の古典的ツールとしてその優れた統計的基盤と適応性の高さから、がん予後研究で広く利用されています。 しかし、深層学習（Deep Lear...

研究背景：ネットワーク推定の新たな挑戦 現代の分子生物学およびシステム生物学の分野において、生体分子ネットワーク（遺伝子制御ネットワーク、タンパク質相互作用ネットワーク、シグナル伝達ネットワークなど）の高精度な解析は、細胞の生命活動、疾患発症機構、薬剤作用機序の理解にとって中核的な位置を占めています。しかし、これらの生体ネットワークは極めて複雑であり、ノードが多数、結合関係が錯綜し、強い非線形ダイナミクスや実験測定ノイズが多いという課題が普遍的に存在します。著者らはこうした背景の下、「モジュラー応答解析（Modular Response Analysis, MRA）」に着目しました。MRAは、系のノードに摂動を加え、その応答を解析してモジュール間の相互作用を推定する古典的手法であり、“遺伝子...

背景紹介：機械学習回帰モデルにおける変数選択の重要性 近年、機械学習はバイオインフォマティクスおよびデータサイエンス分野で広く応用され、予測モデリングの発展を大きく促進しています。ランダムフォレスト（Random Forest、RF）回帰は一般的なアンサンブル学習アルゴリズムとして、予測精度やモデルの堅牢性を効果的に高めることができ、連続型アウトカムの予測モデルを構築する上で重要なツールとなっています。しかし、高次元データに直面した場合、モデル内の予測変数が多いほど必ずしも予測性能の向上につながるわけではなく、むしろ情報の冗長化やモデルの過学習、実際の応用時の利便性の低下につながる可能性があります。したがって、「変数選択（Variable Selection/Feature Selectio...

学術的背景と研究の意義 近年、治療用タンパク質（therapeutic proteins）は医学分野での大きな可能性のため、バイオ医薬品産業の研究焦点となっています。治療用タンパク質医薬はその高い標的性を強みとし、従来治療が困難であった急性または慢性疾患（自己免疫疾患、癌など）に対して解決策を提供すると考えられています。1880年代の血清療法の発見から、1986年の初のモノクローナル抗体医薬muromonab-CD3の登場まで、治療用タンパク質市場は拡大の一途をたどり、2032年には推定474億米ドルに到達します。しかし、治療用タンパク質が引き起こす免疫応答（immunogenicity）は、薬物開発者にとって長年の悩みです。免疫応答は有害な副作用をもたらすだけでなく、治療機序としても機能し...

一、背景紹介：医学分野における機械学習と信頼性の課題 近年、人工知能（Artificial Intelligence, AI）および機械学習（Machine Learning, ML）技術の急速な発展に伴い、医療・健康分野は大きな変革を遂げています。特にインシリコメディシン（in silico medicine）の領域では、機械学習予測器が人体の生理的・病理的な直接測定が困難な指標（たとえば疾患リスク評価や治療反応予測など）を推定する重要なツールとなっています。しかし、機械学習がますます臨床意思決定に直接影響を与えるようになるなか、その予測結果の信頼性（credibility）にはこれまでにない高い基準が求められるようになっています。言い換えれば、機械学習モデルが医学の実際的応用において正確...

人工知能（AI）技術の急速な発展に伴い、人工ニューラルネットワーク（Artificial Neural Networks, ANNs）は多くの分野で顕著な成果を上げています。しかし、従来のニューラルネットワークのトレーニング方法、特にバックプロパゲーション（Backpropagation）アルゴリズムは、ハードウェア実装において多くの課題を抱えています。バックプロパゲーションアルゴリズムはソフトウェアでは効率的ですが、ハードウェアで実装する場合、計算パスが可逆であること、各ニューロンに大量のメモリが必要であること、活性化関数の導関数を計算する必要があることなど、これらの条件をハードウェアで満たすことは困難です。さらに、従来のCMOS（Complementary Metal-Oxide-Sem...