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2012 Fiscal Year Annual Research Report

動く神経細胞の蛍光観察におけるROI設定

Research Project

Project/Area Number 23650080
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

橋本 浩一  東北大学, 情報科学研究科, 教授 (80228410)

Keywordsビジュアルサーボ / 変形推定 / 蛍光観察 / 蛍光画像処理 / フォーカストラッキング
Research Abstract

本研究の目的は、動く線虫の神経活動を定量的に評価するために、蛍光画像の動画から蛍光発光強度を調べる領域(ROI: Region of Interest)を自動設定する手法の開発である。基盤研究(A)ならびに新学術領域研究において、線虫の動きを追跡するトラッキング顕微鏡を開発している。これは明視野透過画像を高速カメラで撮像し、画像処理を行って、高倍率かつ高速にXYZステージを制御するもので、生物の運動と神経活動(と強い関連のあるカルシウムイオン濃度に反応する蛍光タンパク質の発光強度)の両方を同時に計測することが可能である。本研究では、このトラッキング顕微鏡を用いる際に問題となる神経細胞の変形やフォーカスのズレ、蛍光発光の確率的時系列処理について解析し、神経細胞活動を正確に定量評価するための画像処理手法を開発することを目的としている。
具体的には、1.線虫自身の運動により神経細胞(細胞体と軸索)も変形し、移動するが、蛍光画像のどの領域が注目する神経細胞に相当するかを推定する。2.複数の神経活動を同時に計測するとき、蛍光画像中のどのピクセルがどの神経に対応するかを推定する。3.フォーカスのズレは原理的に必ず発生するので、それを補正しなければならない。などの課題が挙げられる。
これらの課題に対し、(1)あいまいな輪郭を抽出するのに有効な動的輪郭モデルに基づいて細胞変形モデルとモデルに基づくROI設定手法を開発し、トラッキング蛍光画像のオフライン処理方法を提案した。(2)解剖学的に得られた神経接続地図(インターネットで公開されている:wormatlas)を利用して、地図パターンと画像パターンのマッチングを行った。(3)地図パターンの三次元情報を利用して、注目するスライスに適応的に合焦するアルゴリズムを考案し、ステージのZ軸制御を併用することでZ面トラッキングを実現した。

  • Research Products

    (7 results)

All 2012 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Estimating Deformation of Neurons in Fluorescent Images2012

    • Author(s)
      Fei, X., Teramoto, T., Ishihara, T. andHashimoto, K
    • Journal Title

      Interdisciplinary Information Sciences

      Volume: 18(2) Pages: 113-122

    • DOI

      doi:10.4036/iis.2012.113

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Exploration of brain function through behavior, neural activity observation, and optogenetic manipulation2012

    • Author(s)
      Hashimoto, K., and Xianfeng Fei
    • Organizer
      2012 International Symposium on Optomechatronic Technologies (ISOT)
    • Place of Presentation
      Paris, France
    • Year and Date
      20121029-20121031
    • Invited
  • [Presentation] Neurite fluorescence imaging of freely moving individual C. elegans animals with high-speed tracking and autofocus system2012

    • Author(s)
      Genta Yokoyama, Yuki Tsukada, Chen Min, Koichi Hashimoto, Ikue Mori
    • Organizer
      5th East Asia C. elegans Meeting
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      20120627-20120630
  • [Presentation] A virtual reality running machine for worms - a highly integrated tracking system for olfactory behavior2012

    • Author(s)
      Yuki Tanimoto, Akiko Yamazoe, Koichi Hashimoto, Kotaro Kimura
    • Organizer
      5th East Asia C. elegans Meeting
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      20120627-20120630
  • [Presentation] High-speed tracking system for neurite fluorescence imaging during freely moving C. elegans2012

    • Author(s)
      Yuki Tsukada, Chen Min, Genta Yokoyama, Koichiro Hashimoto, Ikue Mori
    • Organizer
      EMBO Conference Series: C. elegans Neurobiology
    • Place of Presentation
      Heidelberg, Germany
    • Year and Date
      20120614-20120617
  • [Presentation] A virtual reality running machine for worms - a highly integrated tracking system for olfactory behavior2012

    • Author(s)
      Yuki Tanimoto, Akiko Yamazoe, Koichiro Hashimoto, Kotaro Kimura
    • Organizer
      EMBO Conference Series: C. elegans Neurobiology
    • Place of Presentation
      Heidelberg, Germany
    • Year and Date
      20120614-20120617
  • [Remarks] ロックオントラッキング顕微鏡

    • URL

      http://www.ic.is.tohoku.ac.jp/ja/sysbio/

URL: 

Published: 2014-07-24  

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