脳神経回路の自動解析法の開拓

• 研究課題/領域番号: 25610126
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
• 研究機関: 東海大学
• 研究代表者: 水谷 隆太 東海大学, 工学部, 教授 (70272482)
• 連携研究者: 竹腰 進 東海大学, 医学部, 教授 (70216878)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 神経回路 / マイクロCT / マイクロトモグラフィ

研究成果の概要

脳の神経回路は、多数のニューロンがネットワークを形成して成り立っている。脳神経回路の解析を進めるためには、複雑な神経ネットワークの構造をトレースして、三次元モデルを構築する必要がある。そこで本研究では、専用のアルゴリズムを用いて三次元像を機械解釈させ、コンピュータによるモデル構築を目的として測定・解析を進めてきた。解析では、ネットワークを構成する線状の構造を検知する方法として、二次元画像で知られている様々な方法を検討し、自動的なトレースを実現した。本研究の一部は米国顕微鏡学会誌Microscopy Today 2015年9月号のFeature Articleとして公表されている。

研究成果

• [雑誌論文] A method for estimating spatial resolution of real image in the Fourier domain. (2016)
  • 著者名/発表者名: Mizutani R, Saiga R, Takekoshi S, Inomoto C, Nakamura N, Itokawa M et al.
  • 雑誌名: J Microsc. 巻: 261 号: 1 ページ: 57-66
  • DOI: 10.1111/jmi.12315
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent progress of hard x-ray imaging microscopy and microtomography at BL37XU of SPring-8 (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshio Suzuki, Akihisa Takeuchi, Yasuko Terada, Kentaro Uesugi, and Ryuta Mizutani
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1696 ページ: 020013-020013
  • DOI: 10.1063/1.4937507
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Three-dimensional structure of brain tissue at submicrometer resolution. (2016)
  • 著者名/発表者名: Rino Saiga, Ryuta Mizutani, Chie Inomoto, Susumu Takekoshi, Naoya Nakamura, Akio Tsuboi, Motoki Osawa, Makoto Arai, Kenichi Oshima, Masanari Itokawa, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Yasuko Terada, and Yoshio Suzuki
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 1696 ページ: 020004-020004
  • DOI: 10.1063/1.4937498
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Three-Dimensional Neuronal Structure of Human Cerebral Cortex Determined by Synchrotron-Radiation Microtomography. (2015)
  • 著者名/発表者名: Saiga R, Takekoshi S, Inomoto C, Nakamura N, Tsuboi A, Osawa M, Arai M, Oshima K, Itokawa M, Uesugi K, Takeuchi A, Terada Y, Suzuki Y and Mizutani R.
  • 雑誌名: Microsc. Microanal 巻: 21 号: S3 ページ: 919-920
  • DOI: 10.1017/s1431927615005395
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] X-ray tomographic microscopy of Drosophila brain network and skeletonized model building in the three-dimensional image (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryuta Mizutani, Rino Saiga, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Yasuko Terada, and Yoshio Suzuki
  • 雑誌名: Microsc. Microanal. 巻: 21(S3) 号: S3 ページ: 917-918
  • DOI: 10.1017/s1431927615005383
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Scanning Brain Networks with Micro-CT (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryuta Mizutani, Rino Saiga, Susumu Takekoshi, Makoto Arai, Akihisa Takeuchi, and Yoshio Suzuki
  • 雑誌名: Microscopy Today 巻: 23 号: 5 ページ: 12-17
  • DOI: 10.1017/s1551929515000784
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] One-step generation of multiple transgenic mouse lines using an improved Pronuclear Injection-based Targeted Transgenesis (i-PITT) (2015)
  • 著者名/発表者名: Masato Ohtsuka, Hiromi Miura, Keiji Mochida, Michiko Hirose, Ayumi Hasegawa, Atsuo Ogura, Ryuta Mizutani, Minoru Kimura, Ayako Isotani, Masahito Ikawa, Masahiro Sato and Channabasavaiah B Gurumurthy
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: 16 ページ: 274-274
  • NAID: 120006957412
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] One-step generation of multiple transgenic mouse lines using an improved Pronuclear Injection-based Targeted Transgenesis (i-PITT) (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohtsuka M., Miura H., Mochida K., Hirose M., Hasegawa A., Ogura A., Mizutani R., Kimura M., Isotani A., Ikawa M., Sato M. and Gurumurthy C. B.
  • 雑誌名: BMC Genomics 巻: in press
  • NAID: 120006957412
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] SPring-8放射光による神経回路ネットワークの解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水谷隆太，雑賀里乃，竹内晃久，上杉健太朗，寺田靖子，鈴木芳生
  • 雑誌名: 顕微鏡 巻: 49(3) ページ: 222-225
  • NAID: 130007701737
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural biology of DNA (6-4) photoproducts formed by ultraviolet radiation and interactions with their binding proteins (2014)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, H. Mizutani, R.
  • 雑誌名: Int. J. Mol. Sci. 巻: 15 号: 11 ページ: 20321-20338
  • DOI: 10.3390/ijms151120321
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Three-dimensional analysis of neuronal circuits of the human brain by X-ray microtomography (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryuta Mizutani, Rino Saiga, Akihisa Takeuchi, Kentaro Uesugi and Yoshio Suzuki
  • 雑誌名: SPring-8 Information 巻: 19 ページ: 225-229
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spatiotemporal development of soaked protein crystal (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryuta Mizutani, Yusuke Shimizu, Rino Saiga, Go Ueno, Yuki Nakamura, Akihisa Takeuchi, Kentaro Uesugi, and Yoshio Suzuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 5731-5731
  • DOI: 10.1038/srep05731
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structure of a double-stranded DNA (6–4) photoproduct in complex with the 64M-5 antibody Fab. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hideshi Yokoyama, Ryuta Mizutani, Yoshinori Satow
  • 雑誌名: Acta Crystallographica D 巻: 69 号: 4 ページ: 504-512
  • DOI: 10.1107/s0907444912050007
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray microtomographic visualization of Escherichia coli by metalloprotein overexpression (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryuta Mizutani, Keisuke Taguchi, Masato Ohtsuka, Minoru Kimura, Akihisa Takeuchi, Kentaro Uesugi, and Yoshio Suzuki
  • 雑誌名: J. Synchrotron Radiation 巻: 20 号: 4 ページ: 581-586
  • DOI: 10.1107/s0909049513008467
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ｘ線マイクロトモグラフィ法によるヒト大脳神経回路の決定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水谷隆太，雑賀里乃
  • 雑誌名: 放射光 巻: 26 ページ: 268-275
  • NAID: 10031191828
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional network of Drosophila brain hemisphere (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryuta Mizutani, Rino Saiga, Akihisa Takeuchi, Kentaro Uesugi and Yoshio Suzuki
  • 雑誌名: J. Struct. Biol. 巻: 184 号: 2 ページ: 271-279
  • DOI: 10.1016/j.jsb.2013.08.012
  • 査読あり
• [学会発表] ヒト大脳皮質の神経回路の三次元解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤巻知央，菊池亜弥，蓮見真子，竹腰進，井野元智恵，中村直哉，坪井秋男，大澤資樹，新井誠，大島健一，糸川昌成，上杉健太朗，竹内晃久，寺田靖子，鈴木芳生，雑賀里乃，水谷隆太
  • 学会等名: 第88回日本生化学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] X-ray Tomographic Microscopy of Drosophila Brain Network and Skeletonized Model Building in the Three-Dimensional Image (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryuta Mizutani, Rino Saiga, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Yasuko Terada and Yoshio Suzuki
  • 学会等名: Microscopy & Microanalysis 2015 Meeting
  • 発表場所: Oregon Convention Center (Portland, USA)
  • 年月日: 2015-08-04
  • 国際学会
• [学会発表] Three-Dimensional Neuronal Structure of Human Cerebral Cortex Determined by Synchrotron-Radiation Microtomography (2015)
  • 著者名/発表者名: Rino Saiga, Susumu Takekoshi, Chie Inomoto, Naoya Nakamura, Akio Tsuboi, Motoki Osawa, Makoto Arai, Kenichi Oshima, Masanari Itokawa, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Yasuko Terada, Yoshio Suzuki and Ryuta Mizutani
  • 学会等名: Microscopy & Microanalysis 2015 Meeting
  • 発表場所: Oregon Convention Center (Portland, USA)
  • 年月日: 2015-08-04
  • 国際学会
• [学会発表] X-ray microtomographic visualization of microorganisms by metalloprotein overexpression (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryuta Mizutani, Akihisa Takeuchi, Kentaro Uesugi, Yoshio Suzuki.
  • 学会等名: The 12th International Conference on X-Ray Microscopy 2014
  • 発表場所: Melbourne Convention and Exhibition Centre (Melbourne, Australia)
  • 年月日: 2014-10-26 – 2014-10-31
• [学会発表] Three-dimensional structure of the fruit-fly brain network (2014)
  • 著者名/発表者名: Rino Saiga, Ryuta Mizutani, Akihisa Takeuchi, Kentaro Uesugi, Yoshio Suzuki
  • 学会等名: The 12th International Conference on X-Ray Microscopy 2014
  • 発表場所: Melbourne Convention and Exhibition Centre (Melbourne, Australia)
  • 年月日: 2014-10-26 – 2014-10-31
• [学会発表] Recent progress of imaging microscopy and microtomography at BL37XU of SPring-8 (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshio Suzuki, Akihisa Takeuchi, Yasuko Terada, Kentaro Uesugi, and Ryuta Mizutani
  • 学会等名: The 12th International Conference on X-Ray Microscopy 2014
  • 発表場所: Melbourne Convention and Exhibition Centre (Melbourne, Australia)
  • 年月日: 2014-10-26 – 2014-10-31
• [学会発表] Building human brain network in electron density map determined by X-ray microtomography (2014)
  • 著者名/発表者名: Rino Saiga, Susumu Takekoshi, Naoya Nakamura, Akihisa Takeuchi, Kentaro Uesugi, Yoshio Suzuki, and Ryuta Mizutani
  • 学会等名: 23rd Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Palais des congres de Montreal (Montreal, Canada)
  • 年月日: 2014-08-05 – 2014-08-12
• [学会発表] Visualizing soaking process of protein crystal (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryuta Mizutani, Yusuke Shimizu, Rino Saiga, Go Ueno, Yuki Nakamura, Akihisa Takeuchi, Kentaro Uesugi, and Yoshio Suzuki
  • 学会等名: 23rd Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Palais des congres de Montreal (Montreal, Canada)
  • 年月日: 2014-08-05 – 2014-08-12
• [学会発表] 広視野高分解能硬Ｘ線結像顕微鏡によるマイクロCT (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木芳生、寺田靖子、竹内晃久、上杉健太朗、田村繁治、水谷隆太
  • 学会等名: 第27回日本放射光学会年会
  • 発表場所: 広島国際会議場
• [学会発表] X 線マイクロトモグラフィ法によるヒト大脳神経回路の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 水谷隆太
  • 学会等名: SPRUC拡大研究会・SPring-8利用ワークショップ
  • 発表場所: 高輝度光科学研究センター
  • 招待講演
• [学会発表] Ｘ線マイクロトモグラフィ法によるヒト脳組織の三次元構造解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 雑賀里乃、水谷隆太、竹腰進、井野元智恵、中村直哉、大澤資樹、新井誠、大島健一、糸川昌成、竹内晃久、上杉健太朗、鈴木芳生
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺校
• [学会発表] Ｘ線マイクロトモグラフィ法によるヒト大脳皮質の三次元構造解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水谷隆太、雑賀里乃、竹腰進、井野元智恵、中村直哉、大澤資樹、新井誠、大島健一、糸川昌成、竹内晃久、上杉健太朗、鈴木芳生
  • 学会等名: SPring-8 シンポジウム2013
  • 発表場所: 京都大学宇治おうばくプラザ
• [備考] Mizutani Lab, Tokai Univ
  • URL: http://www.el.u-tokai.ac.jp/ryuta/
• [備考] Mizutani Laboratory, Dept of Applied Biochemistry
  • URL: http://www.el.u-tokai.ac.jp/ryuta/
• [備考] SPATIOTEMPORAL DEVELOPMENT; NATIVE
  • URL: http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureId=3WPJ
• [備考] SPATIOTEMPORAL DEVELOPMENT; 750 SEC
  • URL: http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureId=3wpk
• [備考] Mizutani Laboratory
  • URL: http://www.el.u-tokai.ac.jp/ryuta/