Implantable device for measuring cerebral blood flow, neural activities and animal behaviors
| Project/Area Number |
19K16883
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 51010:Basic brain sciences-related
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| Research Institution | Chitose Institute of Science and Technology (2023)
Nara Institute of Science and Technology (2019-2022) |
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Principal Investigator |
春田 牧人 公立千歳科学技術大学, 理工学部, 准教授 (40733663)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | CMOSイメージセンサー / 脳機能イメージング / 脳血流計測 / 蛍光イメージング / 自由行動実験 / 脳血管障害 / 長期間計測 / マルチ生体シグナル計測 / 行動実験 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、脳血管障害の発生メカニズムと脳血管障発症時の神経細胞に与える影響を同時に計測できる新規技術の開発を目指す。小型の実験動物の脳機能観察実験では、脳機能の継続的な観察は困難であることが現状である。そのため、本研究では3つの特性を持った生体埋め込み脳機能計測デバイスを開発する。①CMOSイメージセンサ技術とMEMS技術によっるデバイスの小型化。小型化により動物の行動を制限せずに脳機能計測を可能とする。②脳血流と脳神経活動の同時計測。③長時間連続計測。この３点の特性を持つデバイスを開発することで脳血管障害モデルマウスにおける脳血流、脳神経活動および行動の関連性を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、大脳皮質体性感覚野における脳血流と脳神経活動の同時計測を目指した小型動物の頭部に設置可能な超小型イメージングデバイスの開発を行った。現在の脳神経科学研究において、行動実験中の動物の脳活動を計測することは重要である。特に、運動機能や情動、社会性行動と脳機能の関係を明らかにするためには、行動実験中の脳活動を計測必要がある。本研究では、独自設計の超小型CMOSイメージセンサを用いた脳機能計測用イメージングデバイスを新たに開発することで、行動実験中の脳活動の計測を目指した。第一段階として、脳血流と脳酸素代謝の同時計測を実現するため、独自設計のCMOSイメージセンサと2色LED( 緑色光[波長525 nm], 赤色光[625 nm])を搭載した小型脳機能計測用CMOSイメージングデバイスの開発を行った。さらに、長期間の脳機能計測を実現するため簡易設置可能な構造を持つアルミ製の小型頭部固定治具を新たに開発した。この研究では、緑色光による脳血流と赤色光による脳酸素代謝を同一デバイスによって計測する事を試みた。実験では、野生型マウスを用い感覚刺激時の脳応答の計測に成功した。さらに、デバイスに搭載した簡易設置可能な構造により、1ヵ月以上の連続した脳機能計測が可能であることを示した。第二段階として、脳血流・脳機能計測を目的した超小型蛍光・血流イメージングデバイスの開発を行った。このデバイスにはCMOSイメージセンサと血流観察用LED(波長535nm)、蛍光励起用LED(波長465nm)と励起光カット用ロングパスフィルタ(500nm Cut-On)が搭載した。試作デバイスを用いて、マウスの行動実験中における脳機能計測を試みた。カルシウム蛍光プローブGCaMP6を発現する遺伝子組み換えマウスを対象とし、実験では脳刺激に応答する血流変化と蛍光変化を同時に計測する事を試みた。
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Report
(5 results)
Research Products
(18 results)
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[Journal Article] Modular head-mounted cortical imaging device for chronic monitoring of intrinsic signals in mice.2022
Author(s)
Guinto MC, Haruta M, Kurauchi Y, Saigo T, Kurasawa K, Ryu S, Ohta Y, Kawahara M, Takehara H, Tashiro H, Sasagawa K, Katsuki H, Ohta J.
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Journal Title
J Biomed Opt.
Volume: 27
Issue: 02
Pages: 026501-026501
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Compact device for simultaneous cell electrophysiological signal and fluorescence imaging acquisition2022
Author(s)
Barbara Teixeira Sais, Makito Haruta, Kuang-Chih Tso, Mizuki Hagita, Takanori Hagiwara, Kenji Sugie, Ayaka Kimura, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
Organizer
NEURO2022
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