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DeepAD: An automated and interpretable machine learning pipeline for image analyses of biomarkers in Alzheimer's disease

研究課題

研究課題/領域番号 22K15658
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分51030:病態神経科学関連
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

Poon CharissaTingAmanda  国立研究開発法人理化学研究所, 脳神経科学研究センター, 特別研究員 (40933130)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2025年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードsegmentation / alzheimer's disease / glial cells / plaques / deep learning / amyloid / image processing / microscopy / 画像情報処理・画像認識 / 分子・細胞・神経生物学 / 認知症疾患 / グリア細胞 / コンピュータビジョン
研究開始時の研究の概要

Our goal is to create an automated tool to conduct image analyses common in Alzheimer's disease research, specifically: quantification of pathological Aβ plaques and glial cells. Automating analyses will reduce human error and bias, thereby improving the reproducibility of Alzheimer's disease research. The tool will be developed in collaboration with neuroscientists to ensure that it is easily understood and useful.

研究実績の概要

The purpose of the project is to develop an interpretable image processing pipeline that uses deep learning tools to automate image analyses of AD microscopy images. In FY2022 and FY2023, the Research Plan was to focus on image preprocessing and processing of Ab plaques in images.
In the previous year, it became evident that it was necessary to develop methods that can handle images of varying contrast, brightness, hue, etc. To this end, we developed a deep learning meta-network that learns to combine different segmentation maps to generate one that most closely resembles the ground truth label. This work will be published as a short paper in the Medical Imaging with Deep Learning conference this year. The meta-network will be helpful in segmenting AD microscopy datasets, which generally have low signal-to-noise ratio, particularly at advanced stages of disease.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

Progress is being made in developing deep learning networks for segmentation, as well as automated processing pipelines and data organizing structures. These results have been published in international and local conferences. However, there is some delay in generating specific results for the datasets that we have, and in obtaining more diverse datasets. We aim to apply the tools that we have developed in the previous 2 years in the current fiscal year.

今後の研究の推進方策

For the current fiscal year, we plan to apply the tools that we developed to the AD datasets and present these findings at the Japanese Neuroscience Conference. At the conference, we also plan to recruit imaging datasets from other researchers in the AD field, for the purpose of further developing our pipeline and to encourage collaboration.

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Meta-learning for segmentation of in situ hybridization gene expression images2024

    • 著者名/発表者名
      Poon Charissa, Byra Michal, Shimogori Tomomi, Skibbe Henrik
    • 雑誌名

      Medical Imaging with Deep Learning

      巻: 1 ページ: 1-3

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The Brain/MINDS Marmoset Connectivity Resource: An open-access platform for cellular-level tracing and tractography in the primate brain2023

    • 著者名/発表者名
      Skibbe Henrik、Rachmadi Muhammad Febrian、Nakae Ken、Gutierrez Carlos Enrique、Hata Junichi、Tsukada Hiromichi、Poon Charissa、Schlachter Matthias、Doya Kenji、Majka Piotr、Rosa Marcello G. P.、Okano Hideyuki、Yamamori Tetsuo、Ishii Shin、Reisert Marco、Watakabe Akiya
    • 雑誌名

      PLOS Biology

      巻: 21 号: 6 ページ: 1-37

    • DOI

      10.1371/journal.pbio.3002158

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Improving Segmentation of Objects with Varying Sizes in Biomedical Images using Instance-wise and Center-of-Instance Segmentation Loss Function2023

    • 著者名/発表者名
      Rachmadi, Muhammad Febrian; Poon, Charissa; Skibbe, Henrik
    • 雑誌名

      Proceedings of Machine Learning Research

      巻: nnn ページ: 1-15

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] An automated pipeline to create an atlas of in situ hybridization gene expression data in the adult marmoset brain2023

    • 著者名/発表者名
      Poon, Charissa; Rachmadi, Muhammad Febrian; Byra, Michal; Schlachter, Matthias; Xu, Binbin; Shimogori, Tomomi; Skibbe, Henrik
    • 雑誌名

      International Symposium on Biomedical Imaging

      巻: n/a ページ: 1-15

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] A 3D gene expression atlas of the adult marmoset brain2024

    • 著者名/発表者名
      Poon Charissa, Byra Michal, Rachmadi Muhammad Febrian, Xu Binbin, Decroocq Meghane, Shimogori Tomomi, Skibbe Henrik
    • 学会等名
      RIKEN Life Science Retreat
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Meta-learning for segmention of in situ hybriization gene expression images2024

    • 著者名/発表者名
      Poon Charissa, Byra Michal, Shimogori Tomomi, Skibbe Henrik
    • 学会等名
      Medical Imaging with Deep Learning
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A 3D gene expression atlas of the adult marmoset brain2023

    • 著者名/発表者名
      Poon Charissa, Byra Michal, Rachmadi Muhammad Febrian, Xu Binbin, Decroocq Meghane, Shimogori Tomomi, Skibbe Henrik
    • 学会等名
      RIKEN Center for Brain Science Retreat
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] An automated pipeline to create a gene expression atlas in the marmoset brain2023

    • 著者名/発表者名
      Poon Charissa, Byra Michal, Rachmadi Muhammad Febrian, Xu Binbin, Decroocq Meghane, Shimogori Tomomi, Skibbe Henrik
    • 学会等名
      Japan Neuroscience Conference
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] An automated pipeline to create an atlas of in situ hybridization gene expression data in the adult marmoset brain2023

    • 著者名/発表者名
      Poon, Charissa; Rachmadi, Muhammad Febrian; Byra, Michal; Schlachter Matthias; Xu, Binbin; Shimogori, Tomomi; Skibbe, Henrik
    • 学会等名
      International Symposium on Biomedical Imaging
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Semi-supervised semantic segmentation of in situ hybridization gene expression in the marmoset brain2022

    • 著者名/発表者名
      Poon, Charissa; Rachmadi, Muhammad Febrian; Byra, Michal; Shimogori, Tomomi; Skibbe, Henrik
    • 学会等名
      Society for Neuroscience 2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Semi-supervised semantic segmentation of in situ hybridization gene expression in the marmoset brain2022

    • 著者名/発表者名
      Poon, Charissa; Rachmadi, Muhammad Febrian; Byra, Michal; Shimogori, Tomomi; Skibbe, Henrik
    • 学会等名
      The 45th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Semi-supervised semantic segmentation of in situ hybridization gene expression in the marmoset brain2022

    • 著者名/発表者名
      Poon, Charissa; Rachmadi, Muhammad Febrian; Byra, Michal; Shimogori, Tomomi; Skibbe, Henrik
    • 学会等名
      International Symposium on Artificial Intelligence and Brain Science
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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