高解像度蛍光カルシウム画像の定量的評価法の確立

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23500375
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生体生命情報学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 青西 亨 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (00333352)
• 連携研究者: 宮川 博義 東京薬科大学, 生命科学部, 教授 (90166124)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: カルシュムイメージング / 状態空間モデル / ベイズ統計 / 樹状突起 / カルシウムウエーブ / 粒子フィルタ / 非負値行列因子分解

研究概要

近年、２光子顕微鏡などのイメージング装置の急激な発展により、細胞内のカルシウム動態を時空間的に高解像度で計測可能となった。我々は、高解像度カルシウムイメージングデータの解析手法を開発した。研究I：カルシウムイオン濃度と観測可能な蛍光シグナルの間にある物理過程を状態空間モデルで記述し、細胞内カルシウム濃度を推定するベイズ統計手法を開発した。研究II: 樹状突起内のカルシウム波を定量的に解析する手法を開発した。研究III: 高解像度多細胞イメージングデータに非負値行列因子分解を適用し、細胞体や樹状突起などの機能単位の蛍光信号を自動的に分離するアルゴリズムを開発した。

研究成果

• [雑誌論文] Detecting cells using non-negative matrix factorization on calcium imaging data (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryuichi Maruyama, Kazuma Maeda, Hajime Moroda, Ichiro Kato, Masashi Inoue, Hiroyoshi Miyakawa and Toru Aonishi
  • 雑誌名: Neural Networks 巻: 55C ページ: 11-19
  • DOI: 10.1016/j.neunet.2014.03.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cooperative integration and representation underlying bilateral network of fly motion-sensitive neurons (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Suzuki, Takako Morimoto, Hiroyoshi Miyakawa and Toru Aonishi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 9(1) ページ: e85790
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0085790
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experience-dependent Plasticity of the Optomotor Response in Drosophila melanogaster (2013)
  • 著者名/発表者名: Akiko Kikuchi, Shumpei Ohashi, Naoyuki Fuse, Toshiaki Ohta, Marina Suzuki, Yoshinori Suzuki, Tomoyo Fujita, Takuya Miyamoto, Toru Aonishi, Hiroyoshi Miyakawa and Takako Morimoto
  • 雑誌名: Developmental Neuroscience 巻: 34(6) ページ: 533-42
  • DOI: 10.1159/000346266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Properties of associative memory model with the β-th-order synaptic decay (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryota Miyata, Toru Aonishi , Koji Kurata
  • 雑誌名: IPSJ Transactions on Mathematical Modeling and Its Applications 巻: 6 ページ: 134-139
  • DOI: 10.2197/ipsjtrans.7.27
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimal Design for Hetero-Associative Memory : Hippocampal CA1 Phase Response Curve and Spike-Timing-Dependent Plasticity (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryota Miyata, Keisuke Ota and Toru Aonishi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 8(10) ページ: e77395
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0077395
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-frequency dielectric dispersion of brain tissue due to electrically long neurites (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiromu Monai, Masashi Inoue, Hiroyoshi Miyakawa and Toru Aonishi
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 86(6) ページ: 061911
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.86.061911
  • 査読あり
• [雑誌論文] Higher-order Spike Triggered Analysis of Neural Oscillators (2012)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Ota, Toshiaki Omori, Hiroyoshi Miyakawa, Masato, Okada and Toru Aonishi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 7(11) ページ: e50232
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0050232
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimating Membrane Resistance over Dendrite Using Markov Random Field (2012)
  • 著者名/発表者名: Jun Kitazono, Toshiaki Omori, Toru Aonishi and Masato Okada
  • 雑誌名: 情報処理学会論文誌. 数理モデル化と応用 巻: 5(3) ページ: 89-94
  • DOI: 10.2197/ipsjtrans.5.186
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sparsely Encoded Hopfield Model with Unit Replacement (2012)
  • 著者名/発表者名: Ryota MIYATA, Koji KURATA and Toru AONISHI
  • 雑誌名: IEICE TRANSACTIONS on Information and Systems 巻: Vol.E95-D, No.8 ページ: 2124-2132
  • DOI: 10.1587/transinf.E95.D.2124
  • 査読あり
• [雑誌論文] Properties of Hopfield model with the zero-order synaptic decay (2012)
  • 著者名/発表者名: Ryota Miyata, Toru Aonishi, Jun Tsuzurugi and Koji Kurata
  • 雑誌名: ARTIFICIAL LIFE AND ROBOTICS 巻: 17(1) ページ: 163-167
  • DOI: 10.1007/s10015-012-0033-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] ベイズ推定法による定量的カルシウム動態推定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 角田敬正, 織田善晃, 大森敏明, 井上雅司, 宮川博義, 岡田真人, 青西 亨
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 巻: NC2011-175 ページ: 317-322
• [雑誌論文] Measurement of infinitesimal phase response curves from noisy real neurons (2011)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Ota, Toshiaki Omori, Shigeo Watanabe, Hiroyoshi Miyakawa, Masato, Okada and Toru Aonishi
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 84 ページ: 041902
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.84.041902
  • 査読あり
• [学会発表] Optimal pair of coupling function and STDP window function for auto-associative memory (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryota Miyata, Keita Sato, Toru Aonishi
  • 学会等名: The 20th International Conference on Neural Information Processing (ICONIP 2013)
  • 発表場所: EXCO, Daegu, Korea
  • 年月日: 2013-11-05
• [学会発表] Optimal pair of hippocampal CA1 phase response curve and spike-timing-dependent plasticity for hetero-associative memory (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryota Miyata, Keisuke Ota, Toru Aonishi
  • 学会等名: The 22nd Annual Computational Neuroscience Meeting (CNS 2013)
  • 発表場所: The Universite Paris Descartes, Paris, France
  • 年月日: 2013-07-14
• [学会発表] Characteristics prediction of STDP in hippocampal CA1 network by mutual information maximization (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryota Miyata, Keisuke Ota and Toru Aonishi
  • 学会等名: Computational and Systems Neuroscience (COSYNE) 2013
  • 発表場所: Salt Lake City(USA)
  • 年月日: 2013-03-01
• [学会発表] Model study on recurrent network integrating binocular information in fly visual system (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Suzuki, Takako Morimoto, Hiroyoshi Miyakawa, Toru Aonishi
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 発表場所: New Orleans(USA)
  • 年月日: 2012-10-16
• [学会発表] Possible contribution of passive membrane properties of dendrites on dielectric properties of neural tissues -An analytic solution of the extended cable equation including the extracellular media- (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Monai, H. Miyakawa, and T. Aonishi
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 発表場所: New Orleans(USA)
  • 年月日: 2012-10-16
• [学会発表] Characteristics prediction of spike-timing-dependent plasticity in hippocampal CA1 network by mutual information maximization (2012)
  • 著者名/発表者名: Ryota Miyata, Keita Sato, Toru Aonishi
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 発表場所: New Orleans(USA)
  • 年月日: 2012-10-15
• [学会発表] ショウジョウバエ視覚系ラミナ細胞におけるin vivo カルシウムイメージング (2012)
  • 著者名/発表者名: 森本 高子, 宮本 拓也, 鈴木 力憲, 青西亨, 宮川博義, 藤田 知世
  • 学会等名: 第35回神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県)
  • 年月日: 2012-09-19
• [学会発表] ベイズ推定法による定量的カルシウム動態推定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 角田敬正, 織田善晃, 大森敏明, 井上雅司, 宮川博義, 岡田真人, 青西 亨
  • 学会等名: 電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
  • 発表場所: 玉川大学
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] 拡張カルマンフィルタによる樹状突起時空間的カルシウム動態の推定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 角田敬正, 織田善晃, 大森敏明, 井上雅司, 宮川博義, 岡田真人, 青西亨
  • 学会等名: 日本神経回路学会 第21回全国大会
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学
  • 年月日: 2011-12-17
• [学会発表] Detection of cells from calcium imaging data by non-negative matrix factorization (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Maruyama, K. Maeda, H. Miyakawa, T. Aonishi
  • 学会等名: 日本神経回路学会 第21回全国大会
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学
  • 年月日: 2011-12-16
• [学会発表] Automatic cell detection from calcium imaging data using nonnegative matrix factorization (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Maruyama, K. Maeda, H. Miyakawa, T. Aonishi
  • 学会等名: Society for Neuroscience
  • 発表場所: Washington DC (USA)
  • 年月日: 2011-11-13
• [学会発表] Estimation of Dendritic Spatiotemporal Calcium Dynamics by Nonlinear State Space Modeling (2011)
  • 著者名/発表者名: Takamasa Tsunoda, Yoshiaki Oda, Toshiaki Omori, Masato Okada, Masashi Inoue, Hiroyoshi Miyakawa and Toru Aonishi
  • 学会等名: JSST Annual Conference (JSST2011) International Conference on Modeling and Simulation Technology
  • 発表場所: 東海大学高輪キャンパス
  • 年月日: 2011-10-23
• [学会発表] The Effects of Noise in Visual Stimulus on Motion Detection in Drosophila Optomotor Response (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Suzuki, Toru Aonishi, Hiroyoshi Miyakawa, Takako Morimoto
  • 学会等名: Neurobiology of Drosophila
  • 発表場所: Cold Spring Harbor Laboratory(New York)
  • 年月日: 2011-10-04
• [図書] Phase Response Curves in Neuroscience : Theory, Experiment, and Analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Ota and Toru Aonishi
  • 総ページ数: 179-203
  • 出版者: Springer Series in Computational Neuroscience
• [備考]
  • URL: http://www.acs.dis.titech.ac.jp
• [備考]
  • URL: http://www.researchgate.net/profile/Toru_Aonishi?ev=hdr_xprf