2021 Fiscal Year Annual Research 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 – 2022-03-31
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| Keywords | 生物画像データ解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，生物学分野において時空間分解能に優れた光学機器の普及ならびにデータ科学の勃興により，時空間並びに複数チャネルを併せもつ多次元画像を大量に取得する実験がひろく実施されている．その一方，得られた大量の画像から生物学的な意味を持つ特徴を抽出・測定する段において困難を伴う事例が多い．この現状に対処すべく，生物画像データを対象とする定量的解析に特化したソフトウェア開発を実施した．生物学領域では，広範な研究対象および観察系に起因し多様な性質を擁する画像データが産生される．それら多様な画像から生物学的特徴を抽出，幾何的な表現として一般化し記述する系を開発している．これらの解析法について再利用可能とするための基盤整備を行うことで，個別の観察系を対象に比較的小規模なプログラムの実装で解析システムを構築することが可能となった．これまでに，本基盤の適用により，培養細胞におけるアクチンネットワークにおけるアクチン束の直径並びにその配置密度の推定を実施した．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に統計解析を施行した．他に，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を解析した事例では，器官形態ならびに個別の細胞を抽出する作業を実験者の目視により実行するためのグラフィカルな対話型実行系を実装した．よりマクロな事例として，魚体の自由泳動を高い高速度撮影した動画から魚体を抽出し，その形態を自由曲線モデルとして記述，泳動速度を始め，泳動にかかる頭部の振幅，各部位の曲率などを定量的に解析した．さらに，このような解析基盤をメモリ共有型の並列計算機に配備することにより，大量データを対象に高速に表現型を評価することを可能とした．これにより，様々な生物学上の課題に迅速に応じる定量的解析系を提供することが可能となった．
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