脳細胞の長期追跡を効率化する解析ツール「OPTIC」を開発 ―大規模・長期の脳イメージング研究を支援―

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2026-10-07 生理学研究所

自然科学研究機構・生理学研究所、名古屋大学などの研究グループは、2光子カルシウムイメージングで撮影した脳細胞を異なる撮影日をまたいで自動追跡するソフトウェア「OPTIC」を開発した。大規模・長期脳イメージングでは、ROI(関心領域)が本当の細胞かを確認したり、日をまたいで同じ細胞を対応付けたりする作業が解析のボトルネックとなっていた。OPTICは、画像レジストレーション、最適輸送理論、グラフ理論を組み合わせ、ROIの分類・位置合わせ・追跡をGUI上で実行できる。マウス脳で検証した結果、神経細胞のF1スコアは0.940、アストロサイト0.951、軸索ボタン0.974を達成し、CellRegやTrackMateを大きく上回った。さらにミクログリアにも対応し、複数日にわたる長期追跡が可能である。オープンソースとして公開され、神経疾患研究や創薬など、大規模・長期的な脳活動研究の効率化が期待される。

脳細胞の長期追跡を効率化する解析ツール「OPTIC」を開発 ―大規模・長期の脳イメージング研究を支援―
図1OPTICによるカルシウムイメージング解析の全体パイプライン

<関連情報>

OPTICを用いた多細胞カルシウムイメージングのための自動クロスセッションROIトラッキング Automated cross-session ROI tracking for multicellular calcium imaging with OPTIC

Noriaki Fukatsu ∙ Yuta Tanisumi ∙ Dennis Lawrence Cheung ∙ … ∙ Mio Inoue ∙ Andrew John Moorhouse ∙ Hiroaki Wake
Cell Reports Methods  Published:October 6, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.crmeth.2026.101615

Highlights

  • OPTIC is an accessible toolbox to track cells across multiple calcium imaging sessions
  • Pairs image registration with optimal-transport matching of ROI centroids
  • Graph-based framework resolves ROI identities across three or more sessions
  • Outperforms existing methods across neurons, astrocytes, boutons, and microglia

Summary

Two-photon imaging enables minimally invasive, deep-tissue chronic observation of cellular dynamics, including neural activity, generating massive datasets that require scalable analysis. While platforms like Suite2p automate region of interest (ROI) extraction, downstream validation and cross-session ROI tracking remain bottlenecked by manual workflows. To address this, we present OPTIC (optimized toolbox for image-based cellular analysis), an open-source, Python-based platform featuring three intuitive graphical user interface (GUI) applications: OpticROICuration for basic ROI classification and integration of external curation data, OpticROITracking for automated cross-session ROI matching, and OpticRawTracking for general cell tracking, validated here on microglia. By pairing robust image registration and optimal transport-based ROI matching, OPTIC automates cross-session tracking with higher accuracy than popular alternatives like CellReg and TrackMate. Validated on in vivo datasets of calcium imaging (neurons, astrocytes, and axonal boutons) and complex cell migration (microglia), OPTIC provides a fully customizable solution requiring no programming expertise to streamline high-throughput neuroscience pipelines.

医療・健康
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