Drinving of Cortical Neurons with Neuromorphic Spike Sequences of Sensory Organs
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22K12781
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
林田 祐樹 三重大学, 工学研究科, 教授 (10381005)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 神経補綴 / 神経模倣 / 視覚情報 / 神経スパイク / 生理学実験 |
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| Outline of Research at the Start |
ヒト脳神経系における重度損傷や難治性疾患などに対して、神経組織活動を人工的刺激により駆動・調節しようとする“神経補綴技術”は、近い将来、多様な神経機能不全を補償する一つの選択肢となる可能性がある。但し、その技術向上と安全性の確立には、対象となる神経組織の生理学的特性にも親和する、神経駆動刺激の新たな設計の方法論が求められる。この課題に対し本研究では、神経模倣工学的発想に基づく刺激生成器を開発し、これを用いた脳神経刺激の生理学的実験解析を通じて、「感覚器から脳へと入力される神経スパイクの時間系列を、脳組織へ与える人工的な刺激パルスの時間系列の設計に用いることが、如何なる合理性を持つか」を問う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究目的に述べた「網膜からの神経スパイク列を模倣して設計した刺激を脳皮質一次視覚野内へ与える」ことを可能にするため、スパイク出力型の網膜模倣デバイスを前段、刺激用電子モジュールを後段とし、両者を機能的に結合する中継モジュールを開発した。この中継モジュールは、シングルボードコンピュータおよびField-Programmable Gate Arrayを用いて構成し、それら内部に、前段の出力データをもとに、後段の制御用データを変換生成するロジック回路を搭載した。また、網膜から脳皮質までのスパイク伝達効率の変換を模擬する演算回路をソフトウェア実装し、その動作確認を行った。こうして構築した“新規刺激システム”の比較対象として、過去の人工視覚のヒト臨床試験やサル行動実験で用いられたものと同様に、外界光強度変化に対する閾値処理を元に、固定周波数(100－200 Hz)の繰返し刺激パルスを生成するシステム（以下“従来刺激システム”）をソフトウェア実装し、その動作確認を行った。なお、新規刺激システムについては、その結果の一部を国際学術誌論文（Y. Hayashida et al., Front. Med. Technol. 2022 Sep 13;4:927581. doi: 10.3389/fmedt.2022.927581）に発表した。また、次年度以降実施予定の生理学実験に向けて、その予備検討を兼ねた研究成果を国際会議で発表した（S. Fukuda et al., 2022 E-Health Bioeng.Conf., Romania, 2022, pp.1-4, doi: 10.1109/EHB55594.2022.9991319）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していたシステム開発をほぼ完了できたとともに、国際学術誌論文の発表を行った。また次年度以降に実施予定の生理学実験についても、国際会議発表が可能な水準まで、実験のシステムおよび環境が整った。以上より、現在までの進捗状況は、当初の計画に沿っておおむね順調に進展している、と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画に沿って、今年度に開発した新規刺激システムと、高速イメージング法を用いた生理学実験を遂行していく。但し、今年度夏季以降に、研究代表者の研究・実験室がある建屋が全面改修工事に入ることから、実験室の一時移転を余儀なくされた。そこで、本年度は、一時移転前までの期間に生理学実験を精力的に進めて可能な限り実験データを取集しておき、一時移転中およびその後の復帰期間では、その実験データの詳細解析、実験系の再調整などを行う予定である。当然ながら、当初計画から遅れを生じるとは予想されるが、現在までの予備実験等により、実験データの取得効率が従前よりも格段に向上していることから、本研究の目的達成に向けた一定以上の成果は期待できるものと考える。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
