動態特徴をフィードバックした細胞追跡と軌跡解析による細胞動画像の時空間解析法

本研究では，細胞の運動を顕微鏡で観察した動画像に対し，個々の細胞の動態特徴 (「動き方」) を活用することで精緻に追跡するとともに，得られる細胞の移動軌跡群を解析し，生物学的な現象・知識を発見する方法の開発を目指した．細胞の追跡について，令和3年度より引き続き，動態特徴を用いたフレーム補間技術を開発し，追跡に応用した．フレーム補間は，与えられた動画像の連続する2フレームに対し，その中間となる時刻におけるフレーム (中間フレーム) を合成するタスクである．フレーム補間が一般的な物体の追跡の精度向上に有効であることは既に報告されているが，細胞動画像の場合，入力となる動画像自体のフレームレートが低く，フレーム間での細胞の移動が激しい．さらに個々の追跡対象 (細胞) が外観上の特徴に乏しく，それぞれの区別も容易ではない．そのため，単純な補間では中間フレームにおいて密集・交差する細胞群を正確に描画することが困難であった．そこで本研究では，細胞検出の結果から推定された細胞の移動傾向の情報を活用することで，精緻な追跡に資するフレーム補完法を開発した．蛍光標識された遊走する好中球の動画像にこの方法を適用し，密集・重畳する細胞をより長時間にわたって正確に追跡できることを確認した．また，追跡で得られた個々の細胞の移動速度の時系列と平均二乗変位を用い，動態解析をおこなった．この方法を遊走する好中球の追跡結果に適用することで，化学刺激 (サイトカイン) の違いによって生じる移動傾向の差異を抽出できることを確認した．この結果は，刺激や摂動を加えることで生じる生命機能の変化，特に長期にわたる経時変化の解明に資するものと考えられる．

本研究では，細胞の運動を顕微鏡で観察した動画像に対し，個々の細胞の動態特徴 (「動き方」) を活用することで精緻に追跡するとともに，得られる細胞の移動軌跡群を解析し，生物学的な現象・知識を発見する方法の開発を目指した．細胞の追跡について，令和3年度より引き続き，動態特徴を用いたフレーム補間技術を開発し，追跡に応用した．フレーム補間は，与えられた動画像の連続する2フレームに対し，その中間となる時刻におけるフレーム (中間フレーム) を合成するタスクである．フレーム補間が一般的な物体の追跡の精度向上に有効であることは既に報告されているが，細胞動画像の場合，入力となる動画像自体のフレームレートが低く，フレーム間での細胞の移動が激しい．さらに個々の追跡対象 (細胞) が外観上の特徴に乏しく，それぞれの区別も容易ではない．そのため，単純な補間では中間フレームにおいて密集・交差する細胞群を正確に描画することが困難であった．そこで本研究では，細胞検出の結果から推定された細胞の移動傾向の情報を活用することで，精緻な追跡に資するフレーム補完法を開発した．蛍光標識された遊走する好中球の動画像にこの方法を適用し，密集・重畳する細胞をより長時間にわたって正確に追跡できることを確認した．また，追跡で得られた個々の細胞の移動速度の時系列と平均二乗変位を用い，動態解析をおこなった．この方法を遊走する好中球の追跡結果に適用することで，化学刺激 (サイトカイン) の違いによって生じる移動傾向の差異を抽出できることを確認した．この結果は，刺激や摂動を加えることで生じる生命機能の変化，特に長期にわたる経時変化の解明に資するものと考えられる．