Development of an LED Device for Observing and Manipulating Neural Activity to Elucidate the Wide-Area Brain System
| Project/Area Number |
23K26159
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| Project/Area Number (Other) |
23H01465 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
関口 寛人 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00580599)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大川 宜昭 獨協医科大学, 医学部, 准教授 (80416651)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
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| Keywords | マイクロLED / 光遺伝学 / 脳波計測 / 生体埋め込みデバイス / フレキシブルデバイス / 皮質脳波 / 生体埋め込み / マウス / 転写技術 |
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| Outline of Research at the Start |
脳認知機能の解明に向けて，特定の神経細胞の挙動を制御し，脳広範囲の神経活動を時空間的変遷で捉える技術の開発が求められているが，広範囲かつ動物の動きを制限しない条件下で適用できるツールは開発されていない。本研究では，研究代表者が開発してきた薄くて軽く，曲げても光を照射する性能が低下しない脳に密着可能な生体刺激用の多点LEDアレイ極薄フィルムを基礎にして，LED素子特性の改善・微細化，多色集積を図るとともに，脳波計測デバイスの融合集積化によって，脳広域を覆うように取り付けられる多点で光刺激，脳波計測できる生体埋め込み型フレキシブルデバイスを開発し，新たな神経科学研究開拓に向けた基盤を構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，生体光刺激と脳波計測を組み合わせた新たな神経科学ツールの開発を目的とする。今年度は，多点LEDフィルムの高性能化および多点皮質脳波計測システムの確立に取り組んだ。
まず，駆動熱を抑制した多点LEDフィルムの実現を目指して，一括転写プロセスでのLED損傷回避のための中空構造の最適化，および，電流の局所集中抑制に向けた縦型電流注入LEDフィルムの作製に取り組んだ。一括転写時にLED中空構造を切り離すためのゲートと呼ばれる構造の厚さを従来の1/5としたことで，一括転写プロセスにおける機械的な損傷を完全に回避できることを実証した。また開発したLEDフィルムの発光量子効率は最大5%が得られ，従来の３％よりも高い発光効率が得られ，LED駆動に伴う温度上昇を抑えることが期待できる。さらに，導電性材料上への転写プロセスの開発を進めて縦型電流注入構造によるLEDフィルムを実現した。この結果は，LED照射光強度の向上や高密度集積などの改善につながることが期待できる。
次に，マウス脳の側部・深部を含む広範囲での多点皮質脳波計測の確立を目指し，再現性の高い多点皮質脳波デバイスの作製技術の確立とマウス動物実験による慢性計測の実証に取り組んだ。多点皮質脳波計測デバイス作製のノウハウを高めていくことでデバイス作製の再現性が向上した。特に，フィルムとPCB基盤の接合に関わる導電性ペーストを新たに選定したことで，64ch-ECoGデバイスが安定して作製できるようになり，少なくとも50ch以上が確実にファンクションできるようになった。またECoGデバイスの慢性実験を行い，埋め込みから1ヶ月経過後も多感覚モダリティ情報を多点で検出できることを実証した。
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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
計画に従って、多点LEDフィルムの高性能化を進め、ほぼ劣化のないフレキシブルLEDフィルムが実現できた。さらに多点皮質脳波計測システムの構築を進め、慢性での脳波計測も実証できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度からは、マウス実験においてLEDフィルムを用いた光遺伝学的刺激による神経活動の活性化の実証や光照射の選択性の検討を進めるとともに、再現性のあるLEDフィルムの作製技術の確立を目指す。さらに、神経活動の操作による多点での脳活動計測の実現に向けて、LEDフィルムと皮質脳波計測フィルムの融合をしたデバイス開発を進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(20 results)
