Messung und Analyse dreidimensionaler Trajektorien schwimmender Mikroorganismen

• Antragsteller: Professor Dr. Axel Rosenhahn; Professor Dr.-Ing. Bodo Rosenhahn
• Fachliche Zuordnung: Bild- und Sprachverarbeitung, Computergraphik und Visualisierung, Human Computer Interaction, Ubiquitous und Wearable Computing
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 63731691

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Viele Vorgänge in der Natur laufen auf einer Längenskala im Mikrometerbereich ab. Um solche Prozesse untersuchen zu können werden Mikroskope verwendet, die in der Lage sind, kleine biologische Objekte wie zum Beispiel Zellen vergrößert abzubilden. Neben der Struktur von Zellen, Mikroorganismen oder Bakterien ist ihre aktive Bewegung wichtig, damit diese kleinen Bausteine des Lebens ihre Aufgabe erfüllen konnen (”Leben ist Bewegung“). Solche Bewegungen konnen sowohl zufällig (z.B. suchend), als auch eine Reaktion auf äußere Reize wie zum Beispiel Temperatur, Licht oder Chemikalien sein. Insbesondere bei schnellen Prozessen wie zum Beispiel schwimmenden Bewegungen ist es in vielen Fallen wünschenswert, dreidimensionale Informationen über das Verhalten individueller Mikroorganismen zu erhalten. Ein hierfür geeignetes, relativ junges Mikroskopieverfahren ist die digitale in-line holographische Mikroskopie. Mit ihr ist es möglich, Objekte mit einer Größe von nur einigen Mikrometern zu verfolgen und ihr individuelles Verhalten in Form ihrer Trajektorien, also die Objektposition in Abhängigkeit der Zeit, zu analysieren. Wir haben dieses Verfahren angewendet um Verhalten von Mikroorganismen in vier Dimensionen zu studieren und die erhaltenen Trajektoriendaten automatisch zu analysieren.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Automatic tracking of swimming microorganisms in 4D digital in-line holography data. IEEE Workshop on Motion and Video Computing (WMVC), Snowbird, Utah, USA., December 2009
  Laura Leal-Taixe, Matthias Heydt, Axel Rosenhahn, Bodo Rosenhahn
  
• Classification of swimming microorganisms motion patterns in 4D digital in-line holography data. 32nd Annual Symposium of the German Association for Pattern Recognition (DAGM), Springer, Vol. 6376, pp. 283-292, 2010
  Laura Leal-Taixe, Matthias Heydt, Sebastian Weiße, Axel Rosenhahn, Bodo Rosenhahn
  
• A stereoscopic approach for three dimensional tracking of marine biofouling microorganisms. Microscopic Image Analysis with Applications in Biology (MIAAB). Heidelberg, Germany, September 2011
  Stojan Maleschlijski, Laura Leal-Taixe, Sebastian Weiße, Alessio Di Fino, Nicholas Aldred, A. S. Clare, G. Hernán Sendra, Bodo Rosenhahn, Axel Rosenhahn
  
• Understanding what we cannot see: automatic analysis of 4D digital in-line holographic microscopy data. Video Processing and Computational Video, Springer, July 2011, edited by D. Cremers et al.
  Laura Leal-Taixe, Matthias Heydt, Axel Rosenhahn, Bodo Rosenhahn
  
• Three dimensional tracking of exploratory behavior of barnacle cyprids using stereoscopy Biointerphases. Journal for the Quantitative Biological Interface Data., Springer, August 2012
  S. Maleschlijski, G. H. Sendra, A. Di Fino, L. Leal-Taixe, I. Thome, A. Terfort, N. Aldred, M. Grunze, A. S. Clare, B. Rosenhahn, A. Rosenhahn