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深層ニューラルネットワークを用いた細胞形態特徴抽出と疾患変異性形態特徴の可視化

公募研究

研究領域医用画像に基づく計算解剖学の多元化と高度知能化診断・治療への展開
研究課題/領域番号 17H05285
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 理工系
研究機関電気通信大学

研究代表者

宮脇 陽一  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (80373372)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード形態特徴 / グリア細胞 / 深層学習 / イメージング / 病態
研究実績の概要

本年度は、前年度までの課題で得られた結果をもとにして、課題3であるグリア細胞の疾患変異性特徴量の可視化と応用に中心的に取り組んだ。この目標達成のために、以下の項目を実施した。
(1)グリア細胞の形状特徴量を用いた疾患状態予測と疾患変異性特徴量の同定:グリア細胞画像から抽出した特徴量のうち、どの特徴量が疾患時に大きな影響を受けるのかをスパースモデリングの手法を用いて解析し、ごく一部の特徴量からも疾患状態が予測可能であることを確認した。
(2)疾患変異性特徴量の可視化:(1)の方法で同定された特徴量に対応する画像部分がどこであるかを可視化し、形態変異に関与している細胞部位を解釈可能にすることを試みた。結果、疾患予測に重要な特徴量が局在する空間位置を、細胞画像に重ね書きして可視化する技術の開発に成功した。
(3)空間特異性の解析:疾患によって強い変化をうける特徴量がどこに局在しているかを解析した。細胞体近辺あるいはその周辺部に局在している場合などが見受けられたが、現時点では体系的に統一した傾向は見られていない。
以上の結果より、当初の研究目的であったグリア細胞の形態特徴と病態との連関を示すことに成功し、またその関係性を細胞画像上で可視化する技術の開発に成功したといえる。その一方で、細胞形態変化の特異性に統一的な解釈を与えるには至っていない。こうしたばらつきは、例えば血管との距離や皮質表面からの深さなど、細胞が位置する情報などとの関連を付加的に解析することにより吸収できる可能性もあると考えている。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 7件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] 韓国脳研究所(韓国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Optical imaging and modulation of neurovascular responses2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuto Masamoto, Alberto Vazquez
    • 雑誌名

      Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism

      巻: 38 号: 12 ページ: 2057-2072

    • DOI

      10.1177/0271678x18803372

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] ヒト脳活動の非侵襲的計測と神経情報表現の研究2018

    • 著者名/発表者名
      宮脇陽一
    • 学会等名
      静岡大学川人研究室セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Deep Convolutional Neural Networkを用いた低酸素順応下におけるアストロサイト形態の経時変化の解析2018

    • 著者名/発表者名
      西野智博、田中 草介、新タ雅啓、須貸拓馬、正本和人、宮脇陽一
    • 学会等名
      第22回酸素ダイナミクス研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 低酸素による脳血管のリモデリング:毛細血管の3次元ネットワークの可視化と定量化2018

    • 著者名/発表者名
      正本和人
    • 学会等名
      日本生体医工学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 脳微小循環の4Dイメージング2018

    • 著者名/発表者名
      正本和人
    • 学会等名
      日本脳神経外科学会第77回学術集会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantification of microscopic 3D cell structures in in vivo animal brains2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuto Masamoto
    • 学会等名
      JUFBI 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Stability and plasticity of the neurovascular unit2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuto Masamoto
    • 学会等名
      Korean Brain Research Institute
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 非侵襲脳活動計測を用いた神経情報表現の研究2018

    • 著者名/発表者名
      宮脇陽一
    • 学会等名
      日本学術振興会先端ナノデバイス・材料テクノロジー第151委員会平成30年度第1回研究会「生体情報計測:ウェアラブル・脳計測技術の最近の展開」
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 機械学習を用いた脳機能画像解析と細胞形態解析への応用2018

    • 著者名/発表者名
      宮脇陽一
    • 学会等名
      Neurovascular Unit研究会2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 神経情報の復号化を用いたヒト脳内における視知覚表象の解明2017

    • 著者名/発表者名
      宮脇陽一
    • 学会等名
      第5回MEET Young Cardiologists
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Analysis of astrocyte morphology during hypoxia adaptation using higher-order image features extracted by deep convolutional neural network2017

    • 著者名/発表者名
      Sosuke Tanaka, Tomohiro Nishino, Masahito Nitta, Takuma Sugashi, Kazuto Masamoto, Yoichi miyawaki
    • 学会等名
      Society for Neuroscience 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 脳虚血後のグリア細胞の形状変化に関する in vivo 長期解析2017

    • 著者名/発表者名
      渡部真子, 須貸拓馬, 蜂谷亮太, 安部貴人, 畝川美悠紀, 鳥海春樹, 冨田 裕, 鈴木則宏, 田桑弘之, 菅野 巖, 正本和人
    • 学会等名
      日本機械学会 第30回バイオエンジニアリング講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [図書] 脳卒中病態学のススメ(下畑享良 編)、9章 急性期脳梗塞モデル 4. 評価の方法(顕微鏡画像)2018

    • 著者名/発表者名
      正本和人
    • 総ページ数
      354
    • 出版者
      南山堂
    • ISBN
      4525248513
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] MIYAWAKI LAB.

    • URL

      http://www.cns.mi.uec.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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