2019 Fiscal Year Annual Research Report
自由行動中の生物の機能的全脳計測に適した高精度な細胞追跡手法
Publicly Offered Research
| Project Area | Resonance Biology for Innovative Bioimaging |
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| Project/Area Number |
18H04728
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
豊島 有 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10632341)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 画像解析 / 神経科学 / 機能的全脳イメージング / 細胞追跡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、時系列全体を通じた大域的な最適化手法を活用して、線虫頭部神経のカルシウムイメージングの4D動画に含まれる細胞核を高精度に追跡し、神経活動を正確に定量する手法を開発することを目指した。
2019年度は、昨年に引き続き、立体動画像中の細胞核を追跡するTree法の開発と改良を進めた。Tree法では、画像の類似性をもとに画像を並べ替えて木構造を形成し、非剛体レジストレーションによって隣接したノード(画像)間の局所変位を計算する。一部の画像で細胞核を検出したのち手動で修正しておき、得られた変位量にしたがって核の座標を移動することで、細胞核の追跡を行う。非剛体レジストレーションの際に正則化項を追加したりパラメータを調整するなどして追跡精度の向上を図った。本研究で対象とした線虫の画像は細胞核の見落としなど検出エラーが数%程度発生するため、各画像で細胞を検出し画像間で紐付ける古典的な追跡手法では追跡エラーが激しい。しかし中には正しく検出・紐付けできるわかりやすい細胞核もあることがわかった。これらの細胞核を選択して、非剛体レジストレーションの際のランドマークとしたところ、追跡精度が向上した。また目視で追跡エラーを確認できた場合、手動でROIを修正し、部分的に自動追跡をやり直す機能をGUI上に実装した。微小流路内で保定された線虫ではあるが、頭部神経のカルシウムイメージングの4D動画約30匹程度に本手法を適用し、実用に足る追跡精度が得られた。自由行動中の線虫についても同様の4D動画を取得でき次第、追跡精度の検討をすすめる。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(16 results)
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[Journal Article] Neuron ID dataset facilitates neuronal annotation for whole-brain activity imaging of C. elegans2020
Author(s)
Yu Toyoshima, Stephen Wu, Manami Kanamori, Hirofumi Sato, Moon Sun Jang, Suzu Oe, Yuko Murakami, Takayuki Teramoto, Chanhyun Park, Yuishi Iwasaki, Takeshi Ishihara, Ryo Yoshida & Yuichi Iino
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Journal Title
BMC Biology
Volume: 18
Pages: 30
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] 自由行動中の生物の機能的全脳計測に適した高精度な細胞追跡手法2019
Author(s)
豊島 有, Stephen Wu, 佐藤 研, 滝沢 拓己, 徳永 旭将, 広瀬 修, 金森 真奈美, 佐藤 博文, 寺本 孝行, Jang Moon-Sun, 久下 小百合, 石原 健, 吉田 亮, 飯野 雄一
Organizer
新学術領域「レゾナンスバイオ」班会議
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[Presentation] 線虫全脳の機能的イメージングと動態解析2019
Author(s)
豊島 有, Wu Stephen, 金森 真奈美, 佐藤 博文, Jang Moon Sun, 村上 悠子, 大江 紗, 徳永 旭将, 広瀬 修, 久下 小百合, 寺本 孝行, 岩崎 唯史, 吉田 亮, 石原 健, 飯野 雄一
Organizer
第44回レーザー顕微鏡研究会
Invited
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[Presentation] Exploring the origin of brain and central nervous system through monitoring the neural activity of the whole animal2019
Author(s)
Yu Toyoshima, Hirofumi Sato, Manami Kanamori, Stephen Wu, Moon Sun Jang, Suzu Oe, Yuko Murakami, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Sayuri Kuge, Takayuki Teramoto, Yuishi Iwasaki, Ryo Yoshida, Takeshi Ishihara, Yuichi Iino
Organizer
第42回日本神経科学大会
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[Presentation] Bio-image informatics for whole brain activity imaging and analysis of neural activity of C. elegans2019
Author(s)
Yu Toyoshima, Stephen Wu, Manami Kanamori, Hirofumi Sato, Moon Sun Jang, Yuko Murakami, Suzu Oe, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Sayuri Kuge, Takayuki Teramoto, Yuishi Iwasaki, Ryo Yoshida, Takeshi Ishihara, Yuichi Iino
Organizer
第57回日本生物物理学会年会
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[Presentation] Bio-image informatics for whole brain imaging and analysis of neural activity of C. elegans2019
Author(s)
Yu Toyoshima, Stephen Wu, Manami Kanamori, Hirofumi Sato, Moon Sun Jang, Yuko Murakami, Suzu Oe, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Sayuri Kuge, Takayuki Teramoto, Yuishi Iwasaki, Ryo Yoshida, Takeshi Ishihara, Yuichi Iino
Organizer
Resonance Bio International Symposium
Int'l Joint Research
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[Presentation] A pipeline of bio-image informatics for whole-brain imaging of C. elegans and analysis of the neural activity2019
Author(s)
Yu Toyoshima, Stephen Wu, Manami Kanamori, Hirofumi Sato, Moon Sun Jang, Yuko Murakami, Suzu Oe, Terumasa Tokunaga, Osamu Hirose, Sayuri Kuge, Takayuki Teramoto, Yuishi Iwasaki, Ryo Yoshida, Takeshi Ishihara, Yuichi Iino
Organizer
The 20th International Conference of Systems Biology
Int'l Joint Research
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