レーザスペックル現象を応用した脳皮質活動の内因性光学計測システムの試作研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09358016
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 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): 戸川 達男 東京医科歯科大学, 医用器材研究所, 教授 (40013859) ; 佐藤 勝重 東京医科歯科大学, 医学部, 助手 (80291342) ; 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 医学部, 講師 (70251501) ; 酒井 哲郎 東京医科歯科大学, 医学部, 助教授 (40153845)
• Keywords: レーザスペックル / 脳皮質活動 / 非侵襲測定 / 脳機能マッピング / 光学的シグナル / 画像イメージ

Research Abstract

本研究は脳皮質にレーザ光を照射したとき生じる動的スペックル現象を検出し、得られる光強度変動の特性を解析し、微小循環血流量変化やグリア細胞(and/orニューロン)の容積変化を光学的シグナルに変換して、そこから逆に脳皮質活動を検出する計測システムを試作するものである。
本年度は、昨年度に行った測定装置の基本セットアップに引き続き、ラットを用いたin vivo標本および実験系の確立を行った。比較的脳皮質応答活動をディテクトしやすい体性感覚野を対象に、一本のひげの屈曲刺激に伴う単一バレルの機能イメージングを得ることを試みた。麻酔下および人工呼吸下にラットの頭蓋骨を露出し、頭蓋表面にプラスチック製のチェンバーを歯科セメントで固定した。チェンバー内の頭蓋骨を歯科ドリルで開頭し、体性感覚野を露出したうえで、チェンバー内をシリコンオイルで満たし、表面にカバーグラスをとりつけた。予備実験として、可視光線を用い、干渉フィルターを通した光を脳表面に照射して、ニューロン活動にともなう内因性の光学的変化を検出した。シグナルは光量差差分増幅装置で増幅し、リアルタイムで画像化してマッピングを行った。最適の実験条件を確立するために、測定領域とその拡大率、焦点面、ヒゲ屈曲刺激の大きさ及び持続時間、データ取得時間、シグナルの大きさの定量化について検討を行い、皮質活動を長時間にわたってモニターするための実験手技をほぼ確立した。

Research Products

• [Publications] Momose-Sato,Y.: "Optical imaging of spatiotemporal patterning of neural responses in the embryonic chick superior cervical ganglion." Neuroscience. (in press). (1999)
• [Publications] Momose-Sato,Y.: "Optical identification of calcium-dependent action potentials transiently expressed in the embryonic rat brainstem." Neuroscience. (in press). (1999)
• [Publications] Arai,Y.: "Optical mapping of neural network activity in the chick spinal cord at an intermediate stage of embryonic development." Journal of Neurophysiology. (in press). (1999)
• [Publications] Sato,K.: "Optical mapping of neural responses in the embryonic rat brainstem with reference to the early functional organization of vagal nuclei." Journal of Neuroscience. 18. 1345-1362 (1998)
• [Publications] Momose-Sato,Y.: "GABA-induced intrinsic light-scattering changes associated with voltage-sensitive dye signals in embyonic brainstem slices : coupling of depolarization and cell shrinkage." Journal of Neurophysiology. 79. 2208-2217 (1998)
• [Publications] Sakai,T.: "Optical monitoring of synaptic transmission in bullfrog sympathetic ganglia using a voltage-sensitive dye." Neuroscience Letters. 242. 1-4 (1998)
• [Publications] Sakai,T.: "A regional gradient of cardiac intrinsic rhythmicity depicted in embryonic cultured muitiple hearts." European Journal of Physiology. 437. 61-69 (1998)
• [Publications] 神野耕太郎: "心臓の発生と調律の発現." Japanese Journal of Electrocardiology. 18. S2・32-S2・54 (1998)
• [Publications] 神野耕太郎: "ニューロン電位活動の光学的計測研究の進歩." 膜. 23. 186-195 (1998)
• [Publications] 新井嘉容: "光学的多チャネル計測法による脊髄神経回路形成の探索." 脊髄電気診断学. 20. 5-8 (1998)
• [Publications] 神野耕太郎: "膜電位感受性色素を用いた計測と解析法." 日本生理学雑誌. (in press). (1999)
• [Publications] Sato,K.: "Optical mapping of neural responses in the embryonic rat brainstem : early functional organization of vagal nuclei. In “Frontiers of Neural Development"" Springer-Verlag,Tokyo, 404-409 (1998)
• [Publications] 神野耕太郎: "「脳の科学」創刊号 脳の機能発生/形成を光学的イメージングでとらえる" 星和書店, 59-65 (1998)
• [Publications] 佐藤勝重: "膜電位の光学的計測 nonRI分子生物学実験プロトコール" 羊土社(in press), (in press) (1999)