| 研究課題/領域番号 |
25610126
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| 研究機関 | 東海大学 |
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研究代表者 |
水谷 隆太 東海大学, 工学部, 教授 (70272482)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 神経回路 / マイクロトモグラフィ |
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| 研究実績の概要 |
脳の神経回路は、多数のニューロンがネットワークを形成して成り立っている。脳神経回路の解析を進めるためには、（１）脳組織を三次元的に可視化し、（２）得られる三次元像を解釈してネットワークモデルを構築し、（３）これを神経回路に変換する、という３ステップを経なくてはならない。このようなニューロンレベルでの神経回路の研究は世界的にも端緒についたところであり、ステップ２のモデル構築もmanpower intensiveな形で行われるのが現状である。このため、解析に多大な時間と労力を要し、ネットワーク構造を構築した報告は少数に限られる。そこで本申請では、専用のアルゴリズムを用いて三次元像を機械解釈させ、モデル構築を自動化することを目的として研究を進めている。
神経ネットワークは、ニューロンの細胞体の粒状構造と、そこから伸びる軸索・樹状突起の線状構造から構成されている。実際の解析像では、毛細血管の構造や、実験的なラベル化合物の沈着が見られる場合もあり、自動的にモデル構築を行う上では、神経ネットワークとそれ以外の構造を見分ける必要がある。そこで本年度は、解析対象でない組織構造の領域を識別する方法を考案し、それを自動認識して、モデル構築時にマスクすることを可能にした。その後、これまでに研究を進めてきた線状構造を検出する方法を適用して、三次元像をスラブごとに自動的にモデル化し、ネットワーク構造を得ることができた。これらは、人件費・謝金により実施した解析による成果である。
また、解析法のロバスト性を高める目的で、複数の症例で自動的なモデル構築が行えるように、プロトコルの改良やパラメータの調整を進めている。そのような解析の対象となる三次元像を得るため、複数の検体を用いて測定を行った。測定実験は放射光施設に赴いて行う必要があり、そのために旅費を支出し、解析に必要なデータを得ることができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
これまでの研究により、様々な構造要素の機械認識や、ネットワーク構造の自動トレース等が可能になっており、複数の症例で実際に解析を進めることができている。これらでは、あらかじめ想定できない解析上の困難もあり得たが、現在のところ、過去に手作業で構築したモデルを基礎的データとして活用したり、異分野で用いられる方法論も適用することにより、研究全体として順調に進捗している。また、測定実験においては、これまでのヒト検体の取り扱いや、放射光測定の経験を生かすことで、効率的に研究を進めることができている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の課題とした神経細胞とそれ以外の構造を区別する問題については、専用のアルゴリズムを開発することで機械認識が可能となった。また、ネットワーク構造のトレース法についても、自動的な認識方法が確立できている。実験的な三次元像は、その性質にバラつきがみられるが、今後はそれに依存することなく、複数の症例・検体で安定して解析が可能となるようなロバスト性が重要と考えられる。これには、測定実験を進めるとともに、多量のデータを逐次迅速に読み出して解析に供することができる環境も必要となる。そのための計算機環境を整備することにより、迅速な解析を可能とする計画である。
ヒト組織を研究で用いることに関しては、倫理的に認められる範囲内で進めることが必須である。これまで、所属機関でのヒト組織を研究で用いることの倫理に関する委員会での審査や、関連する医療機関・研究機関での臨床研究に関する倫理審査等を受けている。今後の研究においても、これら審査で認められた条件を遵守して研究を実施する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度に目標としたトレース領域以外をマスクする方法について、当初想定していた方法の中には、多量の記憶領域を必要とするものがあり、その目的でインターフェースボードと記録媒体等を計上していたが、実際の研究により、さらに有効な自動認識の方法が明らかとなった。これにあわせて、当該品は購入することなく、差額分は年度内に複数症例での測定データを得るために旅費に有効活用するとともに、一部を次年度使用とすることとした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
これまでに、当初計画していた項目は見通しがついてきており、今後は様々なタイプの測定データに適用可能とすることが求められる。この点は今後の推進方策にも記したところであるが、そのために必要となる測定データの保管のための機器・記録媒体等の購入や、測定施設で実験を実施するための旅費に活用する計画である。
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