多次元データに基づくメゾ回路のシステム同定法の開発

• 研究領域: メゾスコピック神経回路から探る脳の情報処理基盤
• 研究課題/領域番号: 22115012
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 石井 信 京都大学, 情報学研究科, 教授 (90294280)
• 連携研究者: 大羽 成征 京都大学, 大学院情報学研究科, 講師 (80362838) ; 前田 新一 京都大学, 大学院情報学研究科, 助教 (20379530) ; 吉本 潤一郎 沖縄科学技術大学院大学, 研究員 (10403346) ; 作村 諭一 愛知県立大学, 情報科学部 情報科学科, 准教授 (50324968)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 72,410千円 (直接経費: 55,700千円、間接経費: 16,710千円); 2014年度: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円); 2013年度: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円); 2012年度: 15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円); 2011年度: 14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円); 2010年度: 14,690千円 (直接経費: 11,300千円、間接経費: 3,390千円)
• キーワード: システム同定 / ベイズ推定 / 超解像 / 構造可視化 / シミュレーション / システム同定法

研究成果の概要

蛍光顕微鏡画像からの高精細三次元位置合わせ法とそれを用いた超解像法を開発し、マウス運動学習に伴うシナプス構造変化検出に適用した。ラットスライスの機能的多ニューロンカルシウムイメージングデータから、神経間あるいは神経－グリア間相互作用の同定を行う統計的手法を開発した。グリアの活動が大きくなるとその近傍のニューロンの発火率が高まることを示した。また、統計的手法をショウジョウバエ幼虫運動回路のカルシウムイメージングデータに適用し、前進・後退運動の中の異なるフェーズで活動する細胞クラスタがあることを見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Efficient Monte Carlo image analysis for the location of vascular entity. (2015)
  • 著者名/発表者名: Skibbe, H., Reisert, M., Maeda, S., Koyama, M., Oba, S., Ito, K., & Ishii, S.
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Medical Imaging 巻: 34 号: 2 ページ: 628-643
  • DOI: 10.1109/tmi.2014.2364404
  • 査読あり
• [雑誌論文] A computational model of afterimage rotation in the peripheral drift illusion based on retinal ON/OFF responses. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, Y., Ishii, S., & Urakubo, H.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 9 号: 12 ページ: e115464-e115464
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0115464
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural differences in gray matter between glider pilots and non-pilots. A voxel-based morphometry study. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ahamed, T., Kawanabe, M., Ishii, S., & Callan, D.
  • 雑誌名: Frontiers in Neurology 巻: 5 ページ: 248-248
  • DOI: 10.3389/fneur.2014.00248
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A statistical method of identifying interactions in neuron-glia systems based on functional multicell Ca2+ imaging. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakae, K., Ikegaya, Y., Ishikawa, T., Oba, S., Urakubo, H., Koyama, M. & Ishii, S.
  • 雑誌名: PLoS Computational Biology 巻: 10 号: 11 ページ: e1003949-e1003949
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1003949
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A critical time window for dopamine actions on the structural plasticity of dendritic spines. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yagishita, S., Hayashi-Takagi, A., Ellis-Davies, G.C.R., Urakubo, H., Ishii, S., & Kasai, H.
  • 雑誌名: Science 巻: 345 号: 6204 ページ: 1616-1620
  • DOI: 10.1126/science.1255514
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spiking network simulation code for petascale computers. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kunkel, S., Schmidt, M., Eppler, J.M., Plesser, H.E., Masumoto, G., Igarashi, J., Ishii, S., Fukai, T., Morrison, A., Diesmann, M., & Helias, M.
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroinfomatics 巻: 8 ページ: 78-78
  • DOI: 10.3389/fninf.2014.00078
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vitro reconstitution of a CaMKII memory switch by an NMDA receptor-derived peptide. (2014)
  • 著者名/発表者名: Urakubo, H., Sato, M., Ishii, S., & Kuroda, S.
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 106 号: 6 ページ: 1414-1420
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2014.01.026
  • NAID: 120005434969
  • 査読あり
• [雑誌論文] Decoding spatial attention by using cortical currents estimated from electroencephalography with near-infrared spectroscopy prior information (2014)
  • 著者名/発表者名: Morioka, H., Kanemura, A., Morimoto, S., Yoshioka, T., Oba, S., Kawanabe, M., and Ishii, S.
  • 雑誌名: NeuroImage 巻: 90 ページ: 128-139
  • DOI: 10.1016/j.neuroimage.2013.12.035
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mathematical modeling of neuronal polarization during development (2014)
  • 著者名/発表者名: Honda Naoki, Shin Ishii
  • 雑誌名: Progress in Molecular Biology and Translational Science 巻: 41 ページ: 123-127
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-397897-4.00003-6
  • ISBN: 9780123978974
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic Regulation of Myosin Light Chain Phosphorylation by Rho-kinase (2012)
  • 著者名/発表者名: Takako Kaneko-Kawano, Fugo Takasu, Honda Naoki, Yuichi Sakumura, Shin Ishii, Takahiro Ueba, Akinori Eiyama, Aiko Okada, Yoji Kawano, Kenji Suzuki
  • 雑誌名: PLoSONE 巻: 7(6) 号: 6 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0039269
  • 査読あり
• [雑誌論文] Supercomputer ready for use as discovery machines for neuroscience (2012)
  • 著者名/発表者名: Helias, M.
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroinformatics 巻: 6(26) ページ: 1-12
  • DOI: 10.3389/fninf.2012.00026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic image rotation based on tensor factorization of rotaed patches (2012)
  • 著者名/発表者名: Kouno, M
  • 雑誌名: Artificial Life and Robotics 巻: 17 号: 3-4 ページ: 417-425
  • DOI: 10.1007/s10015-012-0077-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bayesian normalized gaussian network and hierarchical model selection metbod (2011)
  • 著者名/発表者名: J.Yoshimoto, M.Sato, S.Ishii
  • 雑誌名: Intelligent Automation and Soft Computing 巻: 17(1) 号: 12 ページ: 71-94
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0027950
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed multineuron calcium imaging using Nipkow-type confocal microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, N., Oba, S., Yukinawa, N., Ujita, S., Mizunuma, M., Matsuki, N.
  • 雑誌名: Current Protocols in Neuroscience 巻: 2
  • 査読あり
• [雑誌論文] A mutiphysical model of cell migration integrating reaction-diffusion, membrane and cytoskelton (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Nonaka, N.Honda, S.Ishii
  • 雑誌名: Neural Networks 巻: 24(11) ページ: 979-989
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ternary Bradley-Terry model-based decoding for muticlass classfication (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Takenouchi, S.Ishii
  • 雑誌名: Machine Learning 巻: 1(24) 号: 3 ページ: 249-272
  • DOI: 10.1007/s10994-011-5240-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Semaphorin 3A induces Ca (V) 2.3 channel-dependent conversion of axons to dendrites (2011)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, M., Togashi, K., von Schimmelmann, M.J., Lim, C.-J., Maeda, S., Yamshita, N., Goshima, Y., Ishii, S., Hong K
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 巻: 13(6) ページ: 676-685
  • 査読あり
• [雑誌論文] The period of the somite segmentation clock is sensitive to Notch activity (2011)
  • 著者名/発表者名: W.Kim, T.Matsui, M.Yamao, M.Ishibashi, K.Tamada, T.Takumi, K.Kohno, S.Oba, S.Ishii, Y.Sakumura, Y.Bessho
  • 雑誌名: Molecular Biology of Cell 巻: 22(18) ページ: 3541-3549
  • NAID: 120005716660
  • 査読あり
• [雑誌論文] 確率システムの立場からの画像情報処理技術 (2011)
  • 著者名/発表者名: 前田新一、兼村厚範、石井信
  • 雑誌名: システム制御情報学会誌 巻: 55(12) ページ: 532-538
  • 査読あり
• [雑誌論文] A diffusion-based neurite length-sensing mechanism involved in neuronal symmetry breaking (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Toriyama, Y.Sakumura, T.Shimada, S.Ishii, N.Inagaki
  • 雑誌名: Molecular Systems Biology 巻: 6
  • NAID: 120005830837
  • 査読あり
• [雑誌論文] Maximum a posteriori X-ray computed tomography using graph cuts (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Maeda, W.Fukuda, A.Kanemura, S.Ishii
  • 雑誌名: Journal of Physics 巻: 233
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sparse Bayesian learning of filters for efficient image expansion (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Kanemura, S.Maeda, S.Ishii
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Image Processing 巻: 19(6) ページ: 1480-1490
  • NAID: 120002381088
  • 査読あり
• [学会発表] 外部シグナルに制御される細胞集団移動の数理モデル. (2015)
  • 著者名/発表者名: 村瀬 晃生, 本田 直樹, 石井 信.
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告
  • 発表場所: 玉川大学（東京都町田市）
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-17
• [学会発表] A predictive approach for identifying interactions in neuron-glia systems. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakae, K., Ikegaya, Y., Ishikawa, T., Oba, S., Urakubo, H., Koyama, M., & Ishii, S.
  • 学会等名: 第15回脳と心のメカニズム冬のワークショップ
  • 発表場所: ルスツリゾート（北海道虻田郡）
  • 年月日: 2015-01-07 – 2015-01-09
• [学会発表] 電子顕微鏡連続切片画像のZ方向超解像. (2015)
  • 著者名/発表者名: 内藤 堅志, 大羽 成征, 石井 信.
  • 学会等名: 第15回脳と心のメカニズム冬のワークショップ
  • 発表場所: ルスツリゾート（北海道虻田郡）
  • 年月日: 2015-01-07 – 2015-01-09
• [学会発表] A model of Amygdala and mPFC interactions for large resistance to extinction of partially reinforced fear memory. (2014)
  • 著者名/発表者名: Li, Y., Ishii, S., & Naoki, H.
  • 学会等名: Society for Neuroscience Annual Meeting
  • 発表場所: Washington DC.（United States of America）
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [学会発表] Reconstruction of cellular migrating behavior based on molecular activity. (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki, H., Yamao, M., & Ishii, S.
  • 学会等名: Flies, worms and robots: combining perspectives on minibrains and behavior
  • 発表場所: Sant Feliu de Guixols（Spain）
  • 年月日: 2014-11-08 – 2014-11-13
• [学会発表] 全脳シミュレーションに向けて：大規模計算技術と大規模構造 マップ. (2014)
  • 著者名/発表者名: 石井 信
  • 学会等名: 第7回スーパーコンピュータ「京」と創薬・医療の産学連携セミナー
  • 発表場所: 梅田センタービル（大阪府大阪市）
  • 年月日: 2014-10-17
  • 招待講演
• [学会発表] Reverse engineering-based methods for elucidating functions of neural systems. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ishii, S.
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] A model of Amygdala-mPFC interaction for resistance to extinction after partial reinforcement fear conditioning. (2014)
  • 著者名/発表者名: Li, Y., Ishii, S., & Honda, N.
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Statistical analysis of global spontaneous activity of central neurons in Drosophilla larvae. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoon, Y., Nakae, K., Kohsaka, H., Ishii, S., & Nose, A.
  • 学会等名: Neuroscience 2014
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] Efficient Metropolis-Hasting image analysis for the location of vascular entity. (2014)
  • 著者名/発表者名: Skibbe, H., Reisert, M., & Ishii, S.
  • 学会等名: 36th German Conference on Pattern Recognition, Lecture Notes in Computer Science
  • 発表場所: Munich(Germany)
  • 年月日: 2014-09-02 – 2014-09-05
• [学会発表] System identification and reconstruction of sensory neural activity during thermotaxis behavior of C. (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsukada, Y., Naoki, H., Murase, A., Yamao, M., Shimowada, T., Ohnishi, N., Kuhara, A., Ishii, S., & Mori, I.
  • 学会等名: 11th International Congress of Neuroethology
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-02
• [学会発表] A system identification-based approach to neural systems (2014)
  • 著者名/発表者名: Ishii, S.
  • 学会等名: Nagoya International Symposium on Neural Circuit
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2014-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] チェビシェフ多項式近似を用いた変分ベイズ法による顕微鏡画像の三次元超解像 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井本康宏, 前田新一, 石井信
  • 学会等名: ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 玉川大学(東京都町田市)
  • 年月日: 2014-03-18
• [学会発表] 網膜ON/OFF応答の焦点時刻が説明する残像回転錯視 (2014)
  • 著者名/発表者名: 林 優一郎, 浦久保 秀俊, 石井 信
  • 学会等名: ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 玉川大学(東京都町田市)
  • 年月日: 2014-03-07
• [学会発表] 輝度勾配画像における残像回転錯視のモデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 林 優一郎, 浦久保 秀俊, 石井 信
  • 学会等名: 脳と心のメカニズム 第14回冬のワークショップ
  • 発表場所: ルスツリゾート(北海道虻田郡)
  • 年月日: 2014-01-08
• [学会発表] 画像処理に基づく生命システム同定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石井 信
  • 学会等名: 第36回分子生物学会ワークショップ
  • 発表場所: 神戸国際会議場(兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2013-12-06
  • 招待講演
• [学会発表] ベイズ法に基づく顕微鏡画像超解像 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石井 信
  • 学会等名: 第22回日本バイオイメージング学会学術集会
  • 発表場所: 東京大学(東京都文京区)
  • 年月日: 2013-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] System identification of cellular information processing (2013)
  • 著者名/発表者名: Ishii, S.
  • 学会等名: IEEEEMBC Workshop on Systems Biology of Cellular Signaling
  • 発表場所: 大阪府立国際会議場(大阪府大阪市)
  • 年月日: 2013-07-03
  • 招待講演
• [学会発表] Brain machine interface and decoding in mobile environments (2013)
  • 著者名/発表者名: Ishii, S.
  • 学会等名: Modeling Neural Activity: Statistics, Dynamical Systems, and Networks
  • 発表場所: Island of Kauai (The United States of America)
  • 年月日: 2013-06-28
  • 招待講演
• [学会発表] カルシウムイメージングデータを用いたグリア・ニューロン回路網のシステム同定 (System identification of glia-neuron networks with calcium imaging data) (2013)
  • 著者名/発表者名: 中江 健, 池谷 裕二, 石井 信
  • 学会等名: Neuro 2013
  • 発表場所: 京都国際会館(京都府京都市)
  • 年月日: 2013-06-21
• [学会発表] スキャン式顕微鏡画像時系列のサブフレーム単位レジストレーションについて (Sub-frame-wise image registration for time-lapse scanning microscopy) (2013)
  • 著者名/発表者名: 大羽 成征, 平 理一郎, 田中 康裕, 和氣 弘明, 正水 芳人, 岡田 尚巳, 松崎 政紀, 石井 信
  • 学会等名: Neuro 2013
  • 発表場所: 京都国際会館(京都府京都市)
  • 年月日: 2013-06-21
• [学会発表] Network-based BMI: toward brain machine interface in real envionments (2013)
  • 著者名/発表者名: Ishii, S.
  • 学会等名: IPAM Workshop on Multimodal Neuroimaging
  • 発表場所: University of California, Los Angeles(アメリカ)
  • 年月日: 2013-03-07
  • 招待講演
• [学会発表] ベイズ推定による顕微鏡画像の深さ推定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 井本 康宏
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術報告 ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)
  • 年月日: 2013-01-24
• [学会発表] Theoretical model of growth cone for tri-phasic turning (2012)
  • 著者名/発表者名: 本田 直樹
  • 学会等名: 第３５回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県)
  • 年月日: 2012-09-21
• [学会発表] 神経科学におけるシミュレーション方法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石井 信
  • 学会等名: 第３５回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県)
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] Modeling and simulation of neuronal morphology (2012)
  • 著者名/発表者名: Ishii, S.
  • 学会等名: Okinawa Computational Neuroscience Course
  • 発表場所: Okinawa Institute of Science and Technology(沖縄県)
  • 年月日: 2012-06-13
  • 招待講演
• [学会発表] Microscopic image restoration based on tensor factorization of rotated natches (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Kouno, K.Nakae, S.Oba, S.Ishii
  • 学会等名: International Symposium on Artificial Life and Robotics
  • 発表場所: Beppu, Japan
  • 年月日: 2012-01-20
• [学会発表] A sparse regression method to estimate neuronal structure from spike (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Aki, S.Oba, K.Nakae, S.Ishii
  • 学会等名: International Symposium on Artificial Life and Robotics
  • 発表場所: Beppu, Japan
  • 年月日: 2012-01-20
• [学会発表] Motion compensated X-ray CT algorithm for moving objects (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Tanaka, S.Maeda, S.Ishii
  • 学会等名: International Conference on Machine Learning and Applications
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2011-12-20
• [学会発表] 軸索誘導および極性形成の理論的モデル (2011)
  • 著者名/発表者名: 本田直樹、西山誠、Kyonsoo Hong、石井信
  • 学会等名: Neuroscience 2011
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2011-09-15
• [学会発表] Modeling and simulations of neuronal morphology (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Ishii
  • 学会等名: Neuroinformatics 2011
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2011-09-05
• [学会発表] Multiple granger causality tests for network structure estimation from time-series data (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Harima, S.Oba, S.Ishii
  • 学会等名: International Symposium on Artificial Life and Robotics
  • 発表場所: Beppu, Japan
  • 年月日: 2011-01-29
• [学会発表] Sparse and low-rank estimation of time-varying Markov networks with alternating direction method of multipliers (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Hirayama, A.Hyvarinen, S.Ishii
  • 学会等名: International Conference on Neural Information Processing
  • 発表場所: Sydney, Australia
  • 年月日: 2010-11-22
• [学会発表] Noise-induced collective migration for neural crest cells (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Yamao, H.Naoki, S.Ishii
  • 学会等名: International Conference on Artificial Neural Networks
  • 発表場所: Thessaloniki, Greece
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] A simulation study of visual perceptual learning with attentional signals (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Naito, N.Yukinawa, S.Ishii
  • 学会等名: International Symposium on Artificial Life and Robotics
  • 発表場所: Beppu, Japan
  • 年月日: 2010-01-29
• [図書] 細胞運動のシステム同定. 生体の科学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 本田 直樹, 山尾 将隆, 石井 信.
  • 出版者: 公益法人金原一郎記念医学医療振興財団／医学書院
• [備考] 研究代表者（石井信）ホームページ
  • URL: http://ishiilab.jp/member/ishii/publications/