2016 Fiscal Year Annual Research Report
耳鳴り抑制：閉ループ型実時間情報処理を備えた微小電気刺激装置開発と覚醒脳への展開
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15H02772
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
舘野 高 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (00314401)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神保 泰彦 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20372401)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 神経工学 / 聴覚皮質 / 脳刺激法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，計画全体として，耳鳴りに関連する神経活動を電磁気的に抑制制御する微小刺激と記録システムをデバイスレベルから開発するための基礎的研究基盤の構築を目指している．今年度は，研究期間の2年目に当たり，初年度に試作した刺激印加および制御システムの応用展開を図るために，主に，モデル動物を用いて開発システムの評価を行った．研究計画に基づき，刺激インターフェースの生体適合性について検討した．脳にダメージを与えずに神経活動を誘起できるデバイス構成と組織に損傷を与え難い表面被覆材料として，磁気刺激インターフェースには，パリレンCを10マイクロメートルの厚さで蒸着させた．
次に，昨年度，in vitro電気刺激応答の局所回路の特徴を詳細に調べた結果を，投稿論文としてまとめ，国際誌に投稿して出版した（Yamamura et al., 2017）．また，開発したin vivo電気および磁気刺激インターフェースを用いて，実際に，脳刺激による神経活動の誘発応答記録実験を行った（国際会議ICONIP2016で発表済み）．特に，電気および磁気刺激の振幅や時間長等の刺激パラメータを変化させることにより，誘起される神経活動の範囲や活動伝搬の様子を詳細に観察した．
さらに，耳鳴り動物モデルの周波数地図の経時的な変化について，自家蛍光フラビンタンパク質イメージング法を用いて詳細に観察した結果を日本神経科学会大会で発表した．また，現在，その結果は，投稿論文として国際誌に投稿中である．耳鳴り動物モデルの電気生理学的な結果を現在蓄積しており，次年度には外部発表する予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度は，実験条件の制御が容易なin vitro 脳切片実験系で，耳鳴り関連神経活動の伝搬様式を皮質6層構造で多点計測し，その活動生起と伝搬の生理学的機序を詳細に明らかにした．その結果は，既に論文2報にまとめており，既に2報ともに論文誌に受理され，１報は出版され，他方は現在印刷中である（Yamamura et al., 2017; Yamamura and Tateno, in press）．
本年度の中心的な課題であった，刺激インターフェースによる聴覚皮質神経細胞の活動誘発実験は，計画通りに順調に実験結果を蓄積している．その内容は，国際会議ICONIP2016と電子情報通信学会NC研究会で一部を発表しており，次年度には国際誌への論文投稿を予定している．したがって，サブミリサイズの磁気刺激用コイルを用いた刺激装置の構築とその動物実験の結果を十分に得ており，2年目の研究計画としては，概ね目標を達成したと考えている．
また，光計測により，耳鳴りモデル動物として，マウスの聴覚皮質の神経活動の様子を詳細に観察できるようになった．これにより，耳鳴りが生じる聴覚皮質の活動の様子が判明し，外部刺激により正常な状態に戻すための手掛りが得られた．この結果は，次年度に行う耳鳴り抑制刺激の脳位置と刺激パターンを考案する上で，重要な情報が得られた事になり，最終年度に向けて着実に結果を蓄積している．
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度に向けて，今後も，大きな刺激強度や繰返し刺激に対してデバイスの耐性を高めるため，小型の電気および磁気刺激の単一構成のデバイスを改良する．そして，本年度に続いて，開発したin vivo電気および磁気刺激インターフェースを用いて，実際に，脳刺激による神経活動の誘発応答記録実験を行い，実験結果を蓄積する．特に，電気および磁気刺激の振幅や時間長等の刺激パラメータを変化させることにより，誘起される神経活動の範囲や活動伝搬の様子を詳細に観察し，適切な刺激パラメータの探索を行う．また，単一構成のデバイスの多配列化を検討する．さらに，経頭蓋磁気刺激により，頭蓋骨を開口させずに，脳刺激が可能かについて実験的に検証する．最終年度の後半では，聴覚末梢系を薬剤投与により破壊した難聴モデル動物実験系を用いて，外部刺激により，聴覚神経活動を補償可能できるかを検討する．また，引き続き，耳鳴り誘発剤を投与した耳鳴り動物モデルを利用して，耳鳴りの細胞レベルでの発生機序を電気生理学的手法で明らかにする．その結果を国際会議等で発表し，速やかに投稿論文にまとめて公表する．
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