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運動する生物のロバスト追跡と傾向画像解析

公募研究

研究領域神経系の動作原理を明らかにするためのシステム分子行動学
研究課題/領域番号 21115502
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
研究機関東北大学

研究代表者

橋本 浩一  東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (80228410)

研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円)
2010年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2009年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
キーワードオートフォーカス / ビジュアルサーボ / 蛍光画像処理 / 線虫 / ゼブラフィッシュ / 神経ネットワーク / ロックオントラッキング顕微鏡 / 画像処理 / 行動解析
研究概要

本研究の目的は、生物が持つ「神経系の活動状態」とそのアウトプットとしての「行動」を高い時間・空間分解能で計測する装置を開発することである。
生物の行動を理解するためには、それを作り出している神経系の複雑な情報処理過程を解明することが必要不可欠である。しかし、近年の行動遺伝学の進展にもかかわらず多段階の情報処理過程はいまだにほとんど明らかにされていない。そのもっとも大きな原因は、観察倍率と視野サイズがトレードオフの関係にあり、運動する生物を高い空間分解能で長時間観察することができないことにある。そこで本研究では、顕微鏡画像のフィードバックにより顕微鏡ステージを制御して生物の運動を追跡するという本質的な解決策により、高い空間分解能を保ったまま神経活動を長時間記録・解析可能なシステムを開発する。とくに、モデル生物として盛んに研究されている線虫(C.elegans)やゼブラフィッシュ(Danio rerio)の神経部位を明視野像と蛍光像を用いてリアルタイム追跡し、同時に神経細胞の蛍光像を記録できる顕微鏡の実現を目指す。
本年度は、線虫の変形やZ軸方向のずれにロバストな画像処理アルゴリズムおよびその高速化手法、神経細胞の蛍光像をフィードバックしたオートフォーカス手法、高精度な三次元追跡が可能なビジュアルサーボステージを開発した。実際、埼玉大学中井教授、大阪大学木村准教授、名古屋大学森教授、東京大学飯野教授などの研究室にXYZステージを導入し、フィードバック制御アルゴリズムを提供した。これらの共同研究の成果は学会発表の予定である。

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2012 2011 2009

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] GPU Acceleration in a Visual Servo System2012

    • 著者名/発表者名
      Chuantao Zang, Koichi Hashimoto
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics

      巻: 24 ページ: 105-114

    • NAID

      110009957683

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fast Sensor Scheduling for Spatially Distributed Sensors2011

    • 著者名/発表者名
      Shogo Arai, Yasushi Iwatani, Koichi Hashimoto
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Automatic Control

      巻: 56 ページ: 1900-1905

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 細胞の個体差に適応する高速オートフォーカス顕微鏡2011

    • 著者名/発表者名
      小原健、五十嵐康伸、橋本浩一
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集

      巻: 47 ページ: 31-39

    • NAID

      10027787549

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Parallel Computation of the Region-Based Level Set Method for Boundary Detection with Moving Objects2009

    • 著者名/発表者名
      X.Fei
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics 21

      ページ: 698-708

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Visual Servo Microscope for Locking on Single Neuron of a Worm2011

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Maru, Min Chen, Koichi Hashimoto
    • 学会等名
      IEEE Int.Conf.Robotics and Biomimetics
    • 発表場所
      Thailand, Phuket
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] A Parallel Region-Based LSM with Displacement Correction for Tracking a Single Moving Object2009

    • 著者名/発表者名
      X.Fei
    • 学会等名
      計測自動制御学会SI部門
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2009-12-24
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 運動する細胞の観察を自動化する顕微鏡システムの開発とその応用2009

    • 著者名/発表者名
      小原健
    • 学会等名
      計測自動制御学会SI部門
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2009-12-24
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] アフィン変換を用いた変形する物体のビジュアルトラッキング2009

    • 著者名/発表者名
      遠藤義英
    • 学会等名
      計測自動制御学会SI部門
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2009-12-24
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 線虫の特定部位を実時間追跡する顕微鏡システム2009

    • 著者名/発表者名
      丸三徳
    • 学会等名
      計測自動制御学会SI部門
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2009-12-24
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Parallel computation of level set method for 500Hz visual servo control2009

    • 著者名/発表者名
      X.Fei
    • 学会等名
      28^<th> International Congress on High-Speed Imaging and Photonics
    • 発表場所
      Canberra, AUSTRALIA
    • 年月日
      2009-11-09
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Parallel Region-Based Level Set Method with Displacement Correction for Tracking a Single Moving Object2009

    • 著者名/発表者名
      X.Fei
    • 学会等名
      Advanced Concepts for Intelligent Vision Systems
    • 発表場所
      Bordeaux, FRANCE
    • 年月日
      2009-09-29
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] ビジュアルサーボとその生体計測への応用2009

    • 著者名/発表者名
      橋本浩一
    • 学会等名
      第24回生体・生理工学シンポジウム
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2009-09-25
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 線虫の追跡を実現する蛍光顕微鏡システム2009

    • 著者名/発表者名
      丸三徳
    • 学会等名
      日本機械学会
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2009-05-26
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2018-03-28  

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