2019 Fiscal Year Research-status Report
An application software development for quantitative biological image analysis
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18K06272
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| Research Institution | Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences |
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Principal Investigator |
加藤 輝 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 特任助教 (30391915)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 生物画像解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで生物画像の解析に特化し開発したソフトウェア基盤について様々な事例に適用することで，その可用性についての検証を行なった．上皮の細胞境界のような線状の特徴を検出する目的で開発した線分検出系についてその更なる応用的事例として，培養細胞におけるアクチンネットワークの密度の推定を行なった．細胞辺縁部におけるアクチン束をこのフレームワークにより検出，計数ならびにそれらの直径の計測を自動的に行うことにより，手作業では不可能な標本数の定量的解析を可能とし，遺伝子機能の差異による微小な変化の検出に成功した．また，胚性幹細胞における核内構造を構成する球状の構造体の位置について，網羅的かつ自動的に解析を行う系を上記基盤上に実装し，比較的大規模な統計解析を行う系の実装，運用を行なった．これら様々な生物研究に際し産生される画像データを比較的小規模なコードの実装によって解析可能とする系としての基盤を整備することで，その可用性について実証した．このような事例において，画像中の生物学的特徴を幾何プリミティブとして簡潔に記述すること，そしてデータ処理を行うにあたって必要となるベクトル演算についてその基盤の強化を施すことにより，データ解析をより効率的に行うことが可能となった．また，上皮の組織変形を経時的に観察した画像から，組織を構成する細胞運動の様式の詳細についての解析事例では，手作業による器官形態の抽出ならびに計測対象となる細胞の手作業による抽出作業をグラフィカルな対話型実行系のプロトタイピング環境としてImageJ プラグインによる試験的実装を行った．これら開発したプラグインを実験者に提供，実行を依頼することにより，これまで施行した生物画像解析における最適なユーザインターフェイスについて検討を行うことで，より幅広いユーザ層を対象とするソフトウェアについての知見を得た．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
三次元表示を行い，操作を行う系の基盤として，近年入力インターフェイスとしてのペン入力の可能性が勃興している．タブレット環境における 3D 表示・操作系を行うためのプログラムの可能性について検討する必要が生じたため，デスクトップとタブレットについて共通に三次元データ操作を行うことができる環境について調査を行い，その生物画像への可用性を検証している．このため，当初の目標からは若干の方向性の変更が見込まれているが，概ね順調に推移しているものと思われる．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに蓄積した生物画像解析事例から，手作業と自動化とを融合させた画像操作環境が必要である．計算負荷の大きな処理，そして自動化処理にかかるプログラミングについてはデスクトップ環境で行いつつ，タブレットへの操作系の移譲が簡易に行える系としての開発を見据える．これにより，三次元ないしはその経時観察画像を対象とした個別の細胞並びに細胞内小器官など空間中の任意の構造をモデルの要素として簡単に選択し，その画像特徴を計測を行うための実装を行う．また，機械学習における教師データの生成を行うことを可能とする系として開発を行う．
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Research Products
(7 results)
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[Presentation] Ground stateにおけるマウスES細胞の不均一性の同定とその制御機構の解明2019
Author(s)
堀江 恭二, 渡邊 仁美, 西村 陽介, 渡邊 日佳流, 関 真秀, 清田 晃央, 加藤 輝, 若本 祐一, 瀬々 潤, 鈴木 穣, 山田 拓司, 近藤 玄, 吉田 純子
Organizer
第42回日本分子生物学会年会
