生物画像シミュレーションのための計算システムの構築とその応用

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K12146
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 渡部 匡己 国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 研究員 (70599480)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 生物画像シミュレーション / 全反射顕微鏡 / レーザー走査型共焦点顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、実験物理で有効な定量化の方法を応用して、生化学反応ネットワーク理論と実際の細胞画像の相違を光子数単位で埋める新しい試みである。研究は、やや遅れている。平成27年度は、全反射顕微鏡とレーザー走査型共焦点顕微鏡の観測プロセスを「重ね合わせの原理」従って光子数単位でモンテカルロ・シミュレーションを実行できる計算システムの構築することが主な課題としていた。シミュレーションの結果は、設定した変数値が反映された計算画像がアウトプットとして生成される。平成28-29年度は、２つ応用例を示すことを課題としている。
一つ目の「全反射顕微鏡法のシミュレーションを使った一分子追跡法の精度検証」の課題を実施した。具体的には、(1)「 細胞モデルの構築(HRG-ErbB受容体の二量体モデル)[Hiroshima et al. PNAS (2012)]」(2) 「イベントを区別するための選択アルゴリズムの構築」(3) 「一分子追跡法による解析の精度の計算」を実施した。結果は、論文としてまとめた。現在、ジャーナルに投稿中である。
2つ目の「レ ーザー走査型共焦点顕微鏡のシミュレーションを使った画像相関法の解析精度の計算」の課題は、現在、実施中である。 具体的には、(1) 「細胞モデルの構築(シンプルなものに留める)」(2) 「画像相関法による拡散係数の解析の精度計算(感度解析)」を実施中である。レーザー走査型共焦点顕微鏡シミュレーションの計算が、全反射顕微鏡のものに比べるとまだ計算速度が遅く、解析に影響しているため、やや遅れ気味である。
平成30年度は、残りの課題を終わらせ、論文にまとめることを目標にしている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

去年どの時点で遅れ気味であったが、一つ目の課題を論文を執筆も含め完全に終わらすことができたので、遅れを取り戻すことができた。しかし、論文の執筆に時間を割いたため、２つ目の課題は少し遅れ気味である。また、レーザー走査型共焦点顕微鏡シミュレーションの計算が、全反射顕微鏡のものに比べるとまだ計算速度が遅く、解析に影響している。それらの理由のため、やや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度は、計算速度の問題を解決し、２つ目の課題を終わらせることを目標にしている。

Causes of Carryover

(理由)
当初、海外で行われる学会に参加するために海外出張の旅費に割り当てることを予定していたが、論文の執筆や解析に時間を割くため、今回はパスした。
(使用計画)
余った額を旅費や学会参加費、論文の投稿費用に充てる。