膜電位プローブの高感度化と2波長差分イメージング法による脳機能計測システムの開発

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07558097
• Section: 試験
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 谷藤 学 理化学研究所, 脳統合機能研究チーム, チームリーダー (60197530)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 塩野 悟 三菱電機(株), 先端技術総合研究所・環境システム技術部, 部長
• Keywords: 電位感受性色素 / 内因性光信号 / オプティカルイメージング

Research Abstract

2つの波長での信号を同時に、かつ、独立に検出することができるシステムを構築し、神経活動に関連する光信号の波長特性の検討を行った。システムの概要は次のとうりである。
(1)脳表面を白色光で照明し、反射光を2つの光路に分けた後、それぞれ別の波長の干渉フィルターを通して別のCCDカメラの受光面に集光する。(2)カメラの出力信号は、それぞれ10bitのA/D変換器を介して計算機に取り込む。ファントムを用いた試験を行い、0.1%の信号が加算せずに検出できること、また、40回の加算で、0.01%の信号までが検出できることを示した。この結果はこのシステムが内因性光信号や電位感受性色素による光学的応答の検出に十分であることを示している。
このシステムを用いて内因性光信号の波長特性を検討し、次のことが明らかになった。
(1)機能構造(神経活動の空間パターンを反映する構造)を示す光信号は、600nm、570nm、540nmのどの波長においても観測できる。(2)その大きさは、570nmと540nmでは600nmに比べ2-5倍程度大きい。(3)600nmでは還元型ヘモグロビンが主に光を吸収すること、570nmでは酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの吸収がほぼ等しいことを考えると、機能構造は酸化ヘモグロビンの還元される過程に反映されると同時に、神経活動に伴う血液の流入にもその構造が反映されることが示唆される。電位感受性色素に関して同様の検討を進めている。