ニューロピル時空間動態のモデリングと自動細胞検出器の性能向上

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19H04203
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分62010:生命、健康および医療情報学関連
• 研究機関: 東京大学 (2023); 東京工業大学
• 研究代表者: 青西 亨 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00333352)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: カルシウムイメージング / 自動細胞検出 / 非負値行列因子分解 / ニューロピル信号

研究成果の概要

我々は、世界最大・最速の広視野2光子顕微鏡（FASHIO-2PM）を開発した（Ota et al. Neuron 2021）。この開発研究において青西は、FASHIO-2PMで取得される巨大イメージングデータから高速に細胞を自動検出する低計算コスト細胞検出アルゴリズムLCCDの開発を担当した。感覚野、運動野、高次野を含む15脳領域（3 x 3 mm2）から16000細胞の活動を、高精度で高速に自動検出することに成功した（Ito et al. Neurosci. Res. 2022）。細胞検出性能を向上させるため、ニューロピル信号に相当する蛍光信号を求め、これを元信号より削除している。

自由記述の分野

データ駆動科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

我々が開発した広視野2光子顕微鏡FASHIO-2PMにより、複数の脳領域をまたぐ数万の神経活動を観測することが可能となった。また、この顕微鏡と同時に開発した高速自動細胞検出アルゴリズムLCCDにより、膨大な細胞の正確な活動系列の自動抽出を実現し、これら活動系列の統計的解析が可能となった。本研究で開発したこれら計測技術により、これまでにない脳領域をまたぐ広域の数万規模の神経活動の解析が可能となった。これにより、これまで観察されてこなかった脳領域をまたぐハブ細胞ネットワークという新しい生命現象を可視化することに成功している。したがって、我々が開発した技術は神経科学分野を大きく進展させるものである。