計測自動制御学会東北支部第175垣」研究集会（199軋6．19）
資料番号175−6

生体の動的過程における動きの特徴量の画像解析
Image Analysis of the Feature of Movement
in Dynamic Process ofBiologlCalSystem 10安藤 浩司○‖iroshiAndo

八戸工業大学
Hachinohe Institute of Technology
キーワード＝動的過程〔DynamicProcess）■動きの特徴量ttheFeatureofMovemETl廿 ヒドラ（Hydra）
連絡先：〒031一鮎nl八戸市大字妙手大開朗−1八戸⊥莫大学情報システム工華研究所 安藤浩司
TelL：（017B）25・即62．Fax∴（U17S）25−169L E−mai】：hydra＠hi−tCeh．ac．jp

1．は じめに細胞の幹細胞から神経細胞の分化，神経細胞の移軌 神経網の形成等の動的過程がみられる＝）生物において最も生き生きして生物らしいとこのどちらの過挺においても細胞即移動や集合思われる特徴の一つに，初期発生においてみら体全体としての動きげ〕変化等の日で見える動的れる，形態や構造の自己組織化過程があげられ過程が重要な役割を果たしている‖ そこで本研る．。再生力の強い生物として有名な腔膿動物ヒ

究ではこの動的過程を定骨的に捉えることを臼

ドラは，生体の自己組織化過程の研究において的とL，解離細胞集合体からの自」組織化過程モデル系になっており，自己組織化過程が初期の動きの特徴景の解析を行ったく．，

発生においてだけではなく再生過程においてもみられ，また頭部や足部の再生を行うだけでな

2．使用」た解離細胞集合体データ

く，1個1個の細胞に解離してから再集合させた解離細胞集合体からも再生することができる。

材料に用いたヒドラは1日本産チタビヒドラ

この解離細胞集合体からの自己組織化過程にお（地ma印ipapillata）の標準野生系統

いては，様々な射ヒがみられる。形態形成過程

である105である。105拇写真を図1に示すr′では細胞選別ナ 空洞形成，構造形成の3つの動主として頭部〔触手及びU丘）・腔腸部・足的過程がみられ，更に神経網形成過程では神経部からなる比較的簡単な構造を持つ。

入力・画像処理・画像解析の総意処理を行った∩

4．解離細胞集合体の動的特徴量解析

細胞湛別が終わり空洞化して，形態が再生し始めている過程にある解離細胞集合体の動きの変化を取り込んだ画像を，全体的な動きの変化を見るために，各コマに番片をイ巾ナて背景と分離固1 口本産チタビヒドラ（105）して，細胞集合体のみを抽糾した．。ニの画像を体の脇に見えるのは，出芽と呼ばれる山已増

図2に示す殖過程により形成された芽体（子供）であり，通常ヒドラはこの出芽によって自己出クローンを複製して増殖する。
こ巾ヒドラを高慢遠圧溶液中で機械的に解離させ，ナイロンメッシュを適して細胞懸濁液を作り，遠心機により細胞の無秩序な濃縮集合体を作り，再生 柑己組織化）させる。
次にこの集合体からの自己組織化過程における軌き，形態の時間的変化を，実体掛徴鏡に装着したCCD ビデオカメラと可変間欠撮影ができるタイムラブスビデオを用いて記録する。

ヒドラは動きの変化が遅いため，また自己組織化過程の長時間にわたる変化を記録するため，タイムラプスビデオを用いている。

3．画像解析システム
国2 解離細胞集合体の抽山（90秒間隔）
前節の解離細胞集合体の自己組織化過程の時間変化の映像を，A心コンバータにより一定の時これは90秒おきの変化を示Lており，再生する間間隔で画像解析装置にディジタル動画像としために集合体が形を変え，動いているのが分かて入ノ」する。使用した画像解析装置はPowerるu こげ〕集合体の動きの特徴量を解析するため

Macintosh呂100／100AVで，画像U）取り込みはに，各画像における変化量椚抽■■llを行った結果，内蔵のビデオ回路を用い，画像処理ソフトウェ

時間とともに輪郭の形が変化Lているのが分アとしてNIHIm且酢を元に改良されたScion

かった＝．吏に細胞集合体の屯L、の空間的位置のCロ叩OrationのSclonImagel．62を用い，直接時間変化を測定した結果を図3に示す。

2

細胞集合体は形だけではなく，位置も変えて動いていることが分かるこ化であるが，集合体の各再牛過程における時間変化が重要であると一世われるため，各過程にお−．1■′■

ける特徴的な動きの特徴量として定義する試みを行ってみた。

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図5 動きの特徴量の時間変化

また時間変化を表す3次元グラフを図5に示す。
時間的には若干の揺らぎがあるが，角度方向tこある特定の周波数で周期的に変化している様了−

図3 重心の付置の時間変化がはっきりと見られる。ヒドラの自己組織化過程では周期的な信号が重要な役割を果たしてい具体的には，集合体の重心を中心として，角度るという報告があるため，史に詳Lい空間周波方向における形の変化を表す量として，輪郭線数解析を行い，特徴的な周波数の仙山と各過程の重心からの距離の変化の測定を行った。各々における違いの解析を行うことにより，自己組の時間における計測結果を凶4に示すこ織化過程における動きの特徴量として扱うことができることが予想される＝

ユ5ユ巾

5．考察

25号2b

今回用いた解離細胞集合体の画像は，自己組

ヱ 」心
■i15

線化過程の 一部の過程のものであるLlそこで，

10

細胞選別過程，空洞形成過程，構造形成過程

50ロ コ0 （iO 9□ 12□ 15月 t80 2一口 21ロ 2了0 ユ∝1 3コD 」‡別］

等の異なる過程における動きの変化を調べる

偶膚l、．

必要がある。そこで今回提案した，形の変化
園4 動きの特徴量の角度方向分布の空間周波数を，動きの特徴量として・般的≒む七月︑巾鰍﹁■■a■u■
3
つJ h■L

これらはある再生過程における局所的な時間変8）］，P．Rieu，N．Kataoka and Y．Sawada：に扱うことにより，より詳しい解析をおこな

quantitative analysis ofcellmotion dur−

うことが可能となる亡1 更に形態形成や神経

ing＄Orti哨1n tWO−dimen昌iDn且l且ggregateS

網形成などの生体における白己組織化過程は，Ofdi畠SOCiated hydra eells，PIIYSICAL

動的な過程であるため，その動的過程におけREVIEW E，57−1，924伯31（1998）

る変化皐の1つとLてのこの動きの特徴量を当てはめて解析することにより，生体における動的過程を総合的に定量化して扱うことが可能になると考えられる。

また現在NIHImageを元にⅥ■idnws鮎，NT用に移植されたSci口nImagu bcta2を用いて，処理速度の向上と画像解析動作の確認を子￣fっている。

参考文献

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