多次元輝度情報に基づいた形状認識・物体追跡技術の開発

• 研究領域: 共鳴誘導で革新するバイオイメージング
• 研究課題/領域番号: 16H01423
• 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: 新潟大学
• 研究代表者: 玉田 篤史 新潟大学, 医歯学総合研究科, 客員研究員 (60270576)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円); 2017年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2016年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
• キーワード: 成長円錐 / 神経突起 / キラリティ / 左右非対称性 / リース変換 / 微分干渉顕微鏡 / 構造テンソル / オプティカルフロー / 神経科学 / コンピュータビジョン

研究実績の概要

本研究は、時間軸を含めた多次元画像の輝度情報から、観測時空間内に存在する物体の形状および運動を数値的に解析する技術を開発することを目標とする。本研究課題では、コンピュータービジョンの最新の手法を導入することで、多次元輝度情報から求めたボクセルベースの詳細な形状情報・物理量を基にして、物体の抽出（抽象化）を行い、物体としての構造情報・運動情報を推定する技術を開発することを目的とする。申請者自身の研究対象である、神経成長円錐の運動解析、細胞内分子のトラフィック解析、神経軸索投射の
トラッキング、膜電位・カルシウムの移動波の伝搬特性解析を具体例として選び、それぞれにおいて回転運動・渦巻き構造を検出することを目指して開発を行う。同時に、本領域内の班員と共同し、研究者のニーズに合った汎用性の高い画像解析手法の開発を行い、画像技術の標準化と領域外への発信に貢献することを目指す。本年度は28年度に開発したボクセルベースの形状・運動情報を統合させて、物体の形状・情報を抽出する手法を確立した。研究成果をまとめて、Nature Communications誌に発表した。さらに、本課題で開発した定量的解析手法を、神経細胞の分子発現パターンおよび形態の解析にも応用し、その成果を、Molecular Brain誌、iScience誌に論文として発表した。また、研究過程で開発した手法をオープンソースソフトウェアとして公開して、領域内外の研究者に向けて発信した。また、領域内共同研究として、全自動細胞トラッキングの技術開発にも取り組んだ。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Growth cone phosphoproteomics reveals that GAP-43 phosphorylated by JNK is a marker of axon growth and regeneration (2018)
  • 著者名/発表者名: Asami Kawasaki, Masayasu Okada, Atsushi Tamada, Shujiro Okuda, Motohiro Nozumi, Yasuyuki Ito, Daiki Kobayashi, Tokiwa Yamasaki, Ryo Yokoyama, Takeshi Shibata, Hiroshi Nishina, Yutaka Yoshida, Yukihiko Fujii, Kosei Takeuchi, and Michihiro Igarashi
  • 雑誌名: iScience 巻: 4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Revealing chiral cell motility by 3D Riesz transform-differential interference contrast microscopy and computational kinematic analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Tamada Atsushi、Igarashi Michihiro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 2194-2194
  • DOI: 10.1038/s41467-017-02193-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Abnormalities in perineuronal nets and behavior in mice lacking CSGalNAcT1, a key enzyme in chondroitin sulfate synthesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka Nozomu、Miyata Shinji、Tamada Atsushi、Watanabe Yumi、Kawasaki Asami、Kitagawa Hiroshi、Takao Keizo、Miyakawa Tsuyoshi、Takeuchi Kosei、Igarashi Michihiro
  • 雑誌名: Mol Brain 巻: 10 号: 1 ページ: 47-47
  • DOI: 10.1186/s13041-017-0328-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 細胞の３次元形態・運動解析技術の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 玉田篤史、五十嵐道弘
  • 学会等名: 第58回新潟生化学懇話会
• [学会発表] Automated multidimensional image analysis for structures and functions of the nervous systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Tamada, Michihiro Igarashi
  • 学会等名: The BRI International Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Imaging and quantitative analysis of chiral cell motility and left-right asymmetry (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉田篤史
  • 学会等名: 第69回日本細胞生物学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 多次元顕微鏡画像の自動解析により明らかとなった神経細胞のキラル運動特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉田篤史、五十嵐道弘
  • 学会等名: 第40回日本神経科学大会
• [学会発表] ３次元イメージングと画像解析により明らかになったキラルな細胞運動様式 (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉田篤史、五十嵐道弘
  • 学会等名: 第39回神経組織培養研究会
• [学会発表] 分子のキラリティによる脳の左右非対称性形成機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 玉田篤史
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 発表場所: 横浜
  • 招待講演