色々ある手法の...
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形態データの取得から解析まで
高橋一男(岡大・環境生命)
日本生態学会第64回大会
自由集会(W19) 3月15日18:00-20:00
色々ある手法のどれを使うべきか?
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標識点の座標から、「形」の情報を抽出する
標識点の配置
ランドマーク法
適用例が最も多い手法
ショウジョウバエの翅形態定量時によく用いられる相同標識点
「相同な位置」に標識点を配置するのが重要!
標識点座標データから、変位、回転、拡大縮小の影響を排除する処理
相同標識点を配置
22222222 hgfedcbazeCentroid si
Centroid size (CS)の計算
CSを1に合わせる
重心を合わせて回転させ、対応する標識点間の距離を最小にする
プロクラステス座標
ランドマーク法:プロクラステス整列
3
ランドマーク法:プロクラステス整列の影響
輪郭形状
楕円フーリエ法
輪郭形状から、「形」の情報を抽出する
形態の相同性が怪しい場合(?)に有効
240 260 280 300
200
250
300
350
400
1
2
3
4
5
6
7
8
200 400 600 800 1000
-150
-100
-50
0
50
100
150
Points sampled along the outline
Dev
iatio
n
xi - x0
yi - y0
1 2 3 4 5 6 7 8
楕円フーリエ記述子による数量化
1 2 3
4 8 16
32 64
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色々ある手法のどれを使うべきか?
ランドマーク法
相同標識点の配置に基づいた解析
楕円フーリエ法
輪郭形状定量化法
セミランドマーク法
輪郭形状定量化法
3つの主要な幾何学的形態測定学的アプローチ
ポイントは相同性の確かな標識点が取れるかどうか
相同な標識点とは何か?
一番長いところ、幅の広いところなど セミランドマーク
典型的な相同ではない標識点
Asobara japonica Leptopilina japonica
1
12
2
3
3
4
あったり無かったりする標識点
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相同な標識点とは何か?
「適切な」相同標識点=高い再現性で座標を取得可
反復測定に基づく繰り返し誤差評価
Arnqvist G, Martensson T (1998) Measurement error in geometric morphometrics: empirical strategies to assess and reduce its impact on measures of shape. Acta Zool Acad Sci Hung 44: 73–96.
相同な標識点を用いる事のご利益とは?
標識点の配列が占める形状空間の性質が明らかである事
論文投稿時に査読者に文句を付けられにくい
http://cse.naro.affrc.go.jp/minaka/R/ESJ2012morphometrics.pdf
日本生態学会第59回全国大会 自由集会 W03 「形態測定学の戦略的展開:過去・現在・未来」三中信宏(農環研/東大・農生)
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色々ある手法のどれを使うべきか?
ランドマーク法
楕円フーリエ法
ランドマーク法&
セミランドマーク法
相同標識点が取れるかどうかが主要な判断基準
「適切な」相同標識点の配列で全体の形が評価できる
YES NO
セミランドマーク法
相同標識点の配列で部分的な形が評価できる
YES NO
相同標識点が配置できない
実行の手順と必要なもの
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実行の手順と必要なもの
サンプルの準備と写真撮影 1. 写真撮影機器
標識点の座標取得
プロクラステス座標取得
輪郭情報のチェーンコード化
楕円フーリエ記述子による数量化
ランドマーク法 楕円フーリエ法
3.形態解析ソフトウェア
形態解析・多変量解析
統計解析
2. デジタイザーソフトウェア
両手法に共通:実行に必要なもの
実体顕微鏡(SZX16)
CCDカメラ(DP25)パソコン
光学顕微鏡(CX41)
CCDカメラ(WRAYCAM NF500) パソコン
1. 写真撮影機器
カメラ・顕微鏡(対象物によっては不要、スキャナでも可)は安価なもので十分
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ランドマーク法:実行に必要なもの
tpsDIG2
http://life.bio.sunysb.edu/morph/
http://imagej.nih.gov/ij/
ImageJ
2. デジタイザーソフトウェア
画像ファイルから標識点の座標情報を抽出するためのもの
ランドマーク法:実行に必要なもの
3. 形態解析ソフトウェア
プロクラステス座標を取得し、形態解析を行う
統計ソフトRのパッケージ
shapes geomorph (*デジタイザーとしても使える)
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ランドマーク法:実行に必要なもの
プロクラステス座標を取得し、形態解析を行う
http://life.bio.sunysb.edu/morph/
「tps系」のソフト:プロクラステス整列
tpsSuper
3. 形態解析ソフトウェア
ランドマーク法:実行に必要なもの
プロクラステス座標を取得し、形態解析を行う
「tps系」のソフト:形態解析色々
3. 形態解析ソフトウェア
tpsrelwtpsregr tpsSplin
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ランドマーク法:実行に必要なもの
プロクラステス座標を取得し、形態解析を行う
MorphoJ:形態解析色々
3. 形態解析ソフトウェア
http://www.flywings.org.uk/morphoj_page.htm
楕円フーリエ法:実行に必要なもの
2-3. デジタイザー・形態解析ソフトウェア
http://imagej.nih.gov/ij/
ImageJ
輪郭の抽出と画像の二値化
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楕円フーリエ法:実行に必要なもの
チェーンコードによる輪郭記述、楕円フーリエ解析を行う
2-3. デジタイザー・形態解析ソフトウェア
輪郭解析用ソフトウェアパッケージ
http://lbm.ab.a.u-tokyo.ac.jp/~iwata/shape/
ChainCoder
1
0
765
4
3 2
*チェーンコード
http://lbm.ab.a.u-tokyo.ac.jp/~iwata/shape/
楕円フーリエ法:実行に必要なもの
チェーンコードによる輪郭記述、楕円フーリエ解析を行う
1. デジタイザー・形態解析ソフトウェア
輪郭解析用ソフトウェアパッケージ
Chc2Nef PrinComp
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楕円フーリエ法:実行に必要なもの
チェーンコードによる輪郭記述、楕円フーリエ解析を行う
2-3. デジタイザー・形態解析ソフトウェア
統計ソフトRのパッケージ
Momocs (modern morphometrics)
写真撮影機器
写真撮影 形態情報のデジタル化形態解析・多変量解析
デジタイザーソフトウェア
形態解析ソフトウェア
ここまでのまとめ
- 適切な相同標識点が取れる場合はランドマーク法
実行の手順と必要なもの
色々ある手法のどれを使うべきか?
- 相同標識点が取れない場合は楕円フーリエ法
(私の個人的な好みも入っています…)
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形態測定学的アプローチの有用性と限界
研究対象を選ばない適用可能範囲の広さ
解析用フリーウェアが充実
高精度かつ安価なphenotypingが可能
形と機能の関連性は必ずしも明確では無い
あくまでも幾何学的な形の評価しかできない
+αのツールとして形態測定学を試してみましょう!
他の専門性との組み合わせで活用するのが有効