• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2014 年度 実施状況報告書

スパース正則化モデルによる神経回路の光計測データからの信号抽出

研究課題

研究課題/領域番号 26870577
研究機関工学院大学

研究代表者

竹川 高志  工学院大学, 情報学部, 助教 (50415220)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワードセルソーティング / 信号検出 / スパース性 / MAP推定 / 最適化 / 逐次二次計画法 / 内点法 / 共役勾配法
研究実績の概要

実験技術の向上により多数の神経細胞の活動を高解像で光計測することができる様になってきるが,観測データから細胞位置とスパイク時系列を推定するセルソーティング手法に関しても,いまだ十分な精度を持った方法はなく光計測を用いた研究の発展のために早急に基礎技術として確立する必要がある.本研究では,細胞内カルシウム濃度とスパイク時系列の関係を一般の線形のインパルス応答で記述するモデルを用いた高精度で安定した推定結果を高速に得ることができるシステムを開発している.本年度はそれまでの研究結果を踏まえてカルシ ウム濃度変化モデル,拘束条件,事前分布,数値解法などの詳細を決定し,システムの構築を完成させた.個別の改良としては,昨年度までは細胞形状やスパイク時系列に対して天下り的に L1 正則化を行っていたが信号の強度の影響を大きく受けていたため,細胞の大きさと発火頻度のみを事前分ぷとして想定することにより精度が大きく改善した.この変更に伴い,問題設定が単純な二次計画問題ではなくなったが逐次二次計画を適用することにより対応することができている.また,本手法では細胞の形状とスパイク時系列を交互に推定しているが,ベースラインに関してはどちらのステップにおいても考慮することができるように定式化を変更し,解への収束速度を大幅に向上させた.これらの成果を人口データにおいて確かめると共に,複数の研究室での実験データを実際に解析し非常に良好な結果を得ている.特にこれまでの手法では難しかった重なった細胞の活動を正しく分離することに成功している.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

・計画段階におけるモデルと数値解法を実装するだけはなく,理論的に大幅に進化したモデルと数値解法を開発することができた.
・その結果,人口データにおける性能評価において,当初の想定以上の結果を得ている.
・複数の実験系の研究室に協力を受け,実際の実験データに適用した結果についても現実的な計算時間で既存のすべての手法を格段に上回る精度を得ることができている.
・特に本研究のポイントである重なった細胞間のクロストーク除去について既存の手法とははっきりとした質的な違いが見られる.

今後の研究の推進方策

・大規模データに対応するためのプログラムの最適化と並列化
・論文の投稿と複数の国際会議での発表
・システムの公開方法についての検討
・カルシウムイメージング以外の応用分野についての検討
・超解像を用いたより高精度なモデルの構築

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Spike detection from noisy neural data in linear-probe recordings2015

    • 著者名/発表者名
      Takashi Takekawa, Keisuke Ota, Masanori Murayama and Tomoki Fukai
    • 雑誌名

      European Journal of Neuroscience

      巻: 39 ページ: 1943-1950

    • DOI

      10.1111/ejn.12614

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 最新の実験技術による大規模データを活かすソーティング技術2014

    • 著者名/発表者名
      竹川高志
    • 学会等名
      第53回日本生体医工学会大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2014-06-26
    • 招待講演

URL: 

公開日: 2016-06-01  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi