中枢神経系ニューロン活動の光学的高分解能1020チャネル同時測定システムの作製

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03557006
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 神野 耕太郎 東京医科歯科大学, 医学部, 教授 (40025630)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 酒井 哲郎 東京医科歯科大学, 医学部, 講師 (40153845) ; 廣田 秋彦 東京医科歯科大学, 医学部, 助教授 (50156717)
• Keywords: 中枢神経系 / ニューロン活動 / 光学的測定 / 1020チャネル同時測定システム

Research Abstract

当研究室で、現在用いている装置は、光学系に大型の光学顕微鏡を用いて組み立てられている。膜電位感形性色素で染色した被検体を顕微鏡のステージに固定し、実像面にセットした12×12素子フォトダイオードアレイで吸光変化をディテクトする。ディテクトされた光学的シグナルを電気シグナルに変換し、増幅して128チャンネルデーターレコーディングシステムとコンピューターを用いて同時記録する。この装置を基本にして、1020チャネル同時測定システムの作製に着手し、昨年度は、受光素子と、これに接続するI-Vコンバータを作製した。
今年度はまず、I-Vコンバータからの出力を増幅し、複数チャネルを高速で切り替え信号線を減らす部分を作製した。I-Vコンバータ出力は受光素子に光が当たっていない時出力は約0Vであるが、増幅器に用いるICは両極性の入力用に作られているので、I-Vコンバータ出力0Vの時マイナス出力となるようにオフセットをつけることでS/N比を約2倍改善することができた。刺激電流のモニター入力を加えた増幅器の1024本の出力は128個のアナログマルチプレクサで32本の信号線とし、マルチプレクサの切り替えに同期させてD-Aコンバータからベースラインの値を出力させ、これらを差動アンプで増幅することによって32組の回路で1024チャネルの変化分のみをボルトオーダーまで増幅させることに成功した。さらに、このシグナルを32個のA-Dコンバータでデジタル変換し、高速の光ケーブルでミニコンピュータに転送する部分の開発に着手し、基本設計とA-Dコンバータ基板は既に完成した。現在これらをコントロールする基板を作製中であり、残る部分はコンピュータソフトウェアと毎秒2メガバイトの割合で送られてくる高速データーの処理法だけである。この最終部分は2〜3ヶ月位で完成する見込みである。

Research Products

• [Publications] H.Komuro: "Optical monitoring of early appearance of spontaneous membrane potential changes in the embryonic chick medulla oblongata using a voltage-sensitive dye." Neuroscience. 52. 55-62 (1993)
• [Publications] K.Kamino: "Optical indications of early appearance of postsynaptic potentials in the early embryonic chick brain stem." Japanese Journal of Physiology. (1993)
• [Publications] Y.Momose-Sato: "Optical monitoring of glutaminergic excitatory post-synaptic potentials from the early developing embryonic chick brain stem slice." Annals of New York Academy of Sciences. (1993)
• [Publications] 神野 耕太郎: "心臓興奮伝導の光学的解析ー心電活動のembryonic originー" 心臓. 24. 191-196 (1992)
• [Publications] 神野 耕太郎: "膜電位感受性色素を用いた心房興奮伝播の視覚化" 総合臨牀. 41. 642-647 (1992)
• [Publications] K.Kamino: "Fluorescence Spectroscopy:New Methods and Applications" Springer-Verlag,Berlin,Germany Ed.by O.S.Wolfbeis, 310 (1992)