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

4



相同標識点の配置に基づいた解析


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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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


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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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


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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http://life.bio.sunysb.edu/morph/

「tps系」のソフト：プロクラステス整列

tpsSuper




「tps系」のソフト：形態解析色々


tpsrelwtpsregr tpsSplin

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MorphoJ：形態解析色々


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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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


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/



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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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



- 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

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