多チャンネルマイクロ電極を用いた感覚機能代替システムの設計手法

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555039
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 松本 潔 東京大学, 大学院・情報理工学系研究科, 助教授 (10282675)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 阿部 啓子 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (10151094) ; 加我 君孝 東京大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (80082238) ; 中尾 政之 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (90242007)
• Keywords: 聴性人工脳幹インプラント / 微小電極アレイ / 機能的電気刺激 / 脳機能マッピング / 聴皮質 / 蝸牛神経核 / 機能構造 / 脊髄

Research Abstract

本研究の目的は,感覚細胞あるいは伝達経路に障害を持つ患者のための感覚機能代替システムにおいて,その設計手法を確立することである.前年度までの実績は,(1)脳幹の蝸牛神経核を直接電気刺激して聴覚を再生させる聴性人工脳幹インプラント(ABI)の基礎研究のために,大脳皮質・蝸牛神経核でそれぞれ計測用・刺激用に用いる微小電極アレイを開発し,さらに,それらでABIの動物実験モデルを構築したこと,(2)同モデルで動物実験を実施し,ABIの有用性を直接的に裏づけたこと,(3)電極間の神経を選択的に刺激できる多点ゲート刺激法を提案し,それを動物実験で検証したことである.本年度の主な実績は,(4)多点ゲート刺激法の有用性を,理論計算と動物実験で詳しく考察したこと,(5)電気刺激で誘発された大脳皮質の神経活動を光学計測できる実験系を構築したことである.
電極アレイを生体内に埋め込むデバイスでは,数少ない電極で様々な刺激を実現できる刺激方法が必要である.多点ゲート刺激法は,陰極の刺激で電極周辺の神経を幅広く発火させ,不必要な活動電位の伝播を陽極で抑制することで,電極間の神経でも選択的に刺激できる.理論計算と動物実験で同方法を詳しく考察したところ,数100μmの分解能で,電極間の神経を選択的に刺激できることがわかった.
大脳皮質の神経活動を高い空間分解能で調べるためには,微小電極アレイを用いた計測より,光学計測の方が有利である.光学計測と並行して,皮質の所望の位置・深さに電気刺激を与えるために,柔軟なシリコンゴム基板を有する刺入形タングステン微小電極アレイを設計・試作した.評価実験では,シリコンゴム基板を脳表の曲率に追従させ,探針先端を一定の深さに刺入できることと,同アレイを用いて刺激点近傍の光学計測を実現できることを確認した.

Research Products

• [Publications] H.Takahashi, et al.: "Microelectrode Array on Folding Polyimide Ribbon for Epidural Mapping of Functional Evoked Potentials."IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 50・4. 510-516 (2003)
• [Publications] H.Takahashi, et al.: "Different strategies for intensity coding in different cortical auditory fields."Proceedings of the International Conference on Auditory Cortex. 67 (2003)
• [Publications] H.Takahashi, et al.: "Auditory evoked offset responses of rat auditory cortices reflect synchronous post-stimulus resumption of spontaneous discharges."Abstracts of 6th IBRO World Congress of Neuroscience. (CDROM). 2197 (2003)
• [Publications] H.Takahashi, et al.: "Accessing Cortical Tonotopic Organization by Microstimulation of Cochlear Nucleus."Proceedings of 1st International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering. 161-164 (2003)
• [Publications] 岡野雄一郎, 他: "神経外からの多点同時刺激に対する神経束の挙動のシミュレーション"第18回生体・生理工学シンポジウム講演論文集. 177-180 (2003)
• [Publications] 高橋宏知, 他: "電極間の神経を選択的に刺激する多点ゲート刺激法"生体医工学. 41(特別号). 276 (2004)