粒子フィルタによる細胞内カルシウム動態の推定

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  • リュウシ フィルタ ニ ヨル サイボウ ナイ カルシウム ドウタイ ノ スイテイ
  • Estimation of Intracellular Calcium Dynamics by Particle Filter

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抄録

カルシウムイメージングには原理的に2つの問題がある．1 つは，観測値は蛍光強度であるため Ca2+ 濃度を定量化する場合，較正の手続きが必要となる．もう 1 つは，カルシウムイメージングは微弱な蛍光信号を扱う光学計測であるため，ノイズの影響を強く受ける．我々は，これらの問題を解決する統計的な枠組みを提案する．カルシウムイメージングにより得られる蛍光信号を状態空間モデルで記述し，粒子フィルタの数値計算手法を用いて蛍光信号から Ca2+ 濃度と流量を推定するものである．数値実験によって提案手法の有効性を示し，従来の較正手法との比較を行う．

Calcium imaging method has two major problems. First, we need to calibrate the observation data to quantify the Ca2+ concentration, because the observation data are the fluorescent signals of Ca2+ indicator dyes that are only indirect information about the Ca2+ concentration. Second, the fluorescent signals are too noisy. To address these problems, we propose a statistical method for the calcium imaging. We make a nonlinear state-space model describing the fluorescent signals obtained by the calcium imaging method, and estimate its state vector consisting of the Ca2+ concentration and Ca2+ flux by a particle filter based on the state-space model we make. By numerical experiments, we verify the effectiveness of the proposed method, and compare our method with the conventional calibration method.

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