2021 Fiscal Year Research-status Report
統計学的解析によるXFELバイオナノイメージングの深化
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21K03497
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
城地 保昌 公益財団法人高輝度光科学研究センター, XFEL利用研究推進室, 主幹研究員 (30360415)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | コヒーレント回折イメージング / X線レーザー / 生物物理 / 位相回復 / 実験データ解析 / ノイズ除去 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生命現象を理解するには、構成要素である生体ナノ粒子が機能を発現している状態の過渡的な瞬間構造を捉えることが不可欠であり、超短パルスのXFELを利用したコヒーレント回折イメージング(CDI)は、そのポテンシャルをもつ。その実現のためには、試料以外からの背景散乱、ノイズ、検出器の不感領域等が含まれる実験データから確からしい試料の電子密度を再生する位相回復法の開発と、その信頼度の定量化が希求される。本研究では、これまで培ってきたCDIデータ解析技術を発展させ、統計学的観点の工夫を取り入れることで、次の２つのデータ解析手法開発を行う。
(A) ベイズ推定に基づく背景散乱除去付位相回復法
(B) イメージ画素毎に解析結果の信頼度を定量化する確率的電子密度解析法
令和3年度は、(A)の手法開発を行い、当初計画通りの解析プログラムを作成した。試料以外の背景散乱を考慮してシミュレートしたリボソームの回折パターンに適用したところ、背景散乱レベルが低く、適度なショットノイズの場合には、開発した手法により、背景散乱の影響を正しく除去した電子密度像を再生することができた。しかし、X線自由電子レーザー施設SACLAの実験条件に合わせてシミュレートしたリボソームの回折パターンでは、試料からのシグナルと背景散乱が同程度のため、正しい電子密度を再生することが困難であった。開発した手法の適用範囲を明らかにするとともに、生体試料からのわずかなシグナルを抽出する手法改良を行っている。
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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
計画通り、背景散乱の影響を取り除く手法開発(A)が進んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
計画していた解析手法開発は予定通り進んだが、X線自由電子レーザー施設SACLAのノイズレベルが想定以上に高く、それに合わせた手法改良が必要であることが判明している。解が分かっているシミュレートした回折パターンを利用して手法改良を行い、X線自由電子レーザー施設SACLAの利用実験に適用する予定である。また、令和4年度中に手法開発(B)に取り掛かる予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響により、旅費を使用しなかったため、次年度使用額が生じた。
次年度使用額約10万円を成果発表を効果的に行うために使用する。その他は当初計画通りに使用する。
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