マイクロデバイスを用いた軸索における伝導調節機構のモデル化
Publicly Offered Research
| Project Area | Science of Soft Robot: interdisciplinary integration of mechatronics, material science, and bio-computing |
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| Project/Area Number |
19H05323
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
榛葉 健太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (80792655)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
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| Keywords | 軸索 / マイクロデバイス / 髄鞘 / ミエリン鞘 / 数理モデル / マイクロ加工 |
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| Outline of Research at the Start |
神経細胞は軸索と呼ばれる構造を通して情報を出力する．本研究では，神経細胞の活動が軸索を伝導する際に起こる情報処理のメカニズムを解明することを目指す．最初に，マイクロ加工技術により活動計測用のデバイスを作製し，中枢神経系と末梢神経系の両方の神経細胞を対象として，実験的に軸索の伝導を評価する．続いて，計測したデータを基に数理モデル化することで，情報処理モデルを開発する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では 末梢神経細胞および中枢神経細胞において 軸索の伝導特性変化を実験的に測定し軸索の情報処理モデルを構築することを目的とした．感覚神経細胞と中枢神経細胞の軸索について，髄鞘形成による長期的変化，および活動依存性の短期的変化を実験的に計測した．
最終年度に当たる本年度は，初年度に開発した高密度電極アレイを用いた末梢神経細胞からの活動計測法を用い，軸索における伝導特性変化の検出に注力した．最初に，細胞培養系においても，末梢神経細胞に対してシュワン細胞が髄鞘を形成することを，蛍光顕微鏡および透過型電子顕微鏡を用いて確認した．さらに電気計測から，同条件の培養系から2か月以上にわたって活動を計測できることを確認した．計測されたデータから軸索を高精度に検出する方法を開発し，軸索において局所的に振幅が低く伝導速度が高い部分を抽出した．伝導速度と空間的な信号の特性より，跳躍伝導を検出できた可能性が高いと考えられる．以上から，目的の一部である長期的変化の検出に成功したと考えた．
さらに，個々の細胞に対して様々な頻度で電気刺激を印加するための計測手順を最適化し，2Hzから50Hzまでの刺激に対する応答を計測した．加えて，対象電極の近傍のデータをまとめて用いることで，加算平均操作なしでの活動検出に成功した．本手法により，伝導が確率的に停止する現象を検出できた．さらに，刺激頻度に依存して伝導時間が延長すること，および活動を示さない休止期の後に伝導時間が一部回復することを示した．刺激頻度依存的な伝導特性変化が見られたことより，目的とした活動依存性の短期的変化の計測に成功したと結論付けた．
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
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[Journal Article] Functional Scaffolding for Brain Implants: Engineered Neuronal Network by Microfabrication and iPS Cell Technology2019
Author(s)
Kenta Shimba, Chih-Hsiang Chang, Takahiro Asahina, Fumika Moriya, Kiyoshi Kotani, Yasuhiko Jimbo, Arseniy Gladkov, Oksana Antipova, Yana Pigareva, Vladimir N. Kolpakov, Irina Mukhina, Victor B. Kazantsev, Alexey Pimashkin
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Journal Title
Frontiers in Neuroscience
Volume: 13
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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