2016 Fiscal Year Research-status Report
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15K01275
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| Research Institution | National Center of Neurology and Psychiatry |
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Principal Investigator |
渡邉 惠 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 微細構造研究部, レジデント (80302610)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 導電性高分子 / 条件付け / シナプス可塑性 / 神経修飾物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポリエチレンジオキシチオフェンにp-トルエンスルホン酸をドープした導電性高分子（PEDOT-pTS）をコートした繊維状電極を作成し、これを従来から用いられている、ポリエチレンジオキシチオフェンにポリスチレンスルホン酸をドープした導電性高分子（PEDOT-PSS）でコートした繊維状電極と比較した。PEDOT-pTSでコートした電極は、PEDOT-PSSでコートした電極に比べて約3桁低い抵抗を示した。次に、電極-電解質界面におけるインピーダンス特性を解析した。PEDOT-PSSでコートした電極のナイキストプロットは半円状となり、Randles回路で説明された。これに対し、PEDOT-pTS でコートした電極のナイキストプロットは45°の傾きを持つ直線を示し、Warburgインピーダンスの特性を持つことが明らかになった。これらの結果について、平成27年度に取得したニワトリ胚脳における電気生理学的データとともに論文を出版した。
次に学習行動の解析を行うために、マウスを用いて瞬目反射条件付けを行った。音を条件刺激、瞼への空気の吹きつけを無条件刺激として、遅延課題により10日間条件付けを行った。条件反応は瞼のビデオ画像を用いて検出した。その結果、条件付け群では条件付けの開始直後から条件反応の増加がみられ、条件反応は条件付け期間を通じて徐々に増加し続けた。また条件付けの後には速やかな消去がみられた。条件刺激と無条件刺激の間隔をランダムにした偽条件付け群では、条件反応の増加はみられなかった。さらに、神経損傷からの回復を早める作用が知られているchondroitinase ABCを小脳核に注入して条件付けを行ったところ、条件反応の有意な増加がみられた。これらの結果から、学習行動に対する脳刺激の効果の評価を行うことが可能になった。
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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
平成27年度に作成方法を確立したPEDOT-pTSでコートした繊維状電極について、電気化学的性質を詳細に解析し、これが従来の繊維状電極に比べて優れた特徴を持つことを明らかにした。この電極に関して、当初の計画より早く論文を発表することができた。また本課題では、瞬目反射条件付けを用いて、主に深部脳刺激が学習機能に与える影響を解明することを目指しているが、本年度はそのために必要となる瞬目反射条件付けの実験方法を確立した。従来、マウスの瞬目反射条件付けでは、瞼に埋め込んだ電極を通じて無条件刺激を与えるとともに、条件反応の検出を行っていた。しかし本研究ではより侵襲の少ない瞼への空気の吹き付けを無条件刺激として用い、瞼のビデオ画像から条件反応を検出する方法を用いて、安定した学習の成立を可能にした。また実際に神経回路の操作によって瞬目反射学習の改善が可能であることを、chondroitinase ABCの投与によって明らかにした。以上により、当初の目標はほぼ達成されたと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は引き続き連携研究者との共同研究を推進し、瞬目反射条件付けを用いて、深部脳刺激の効果を調べる。瞬目反射条件付けには、小脳の神経回路に加えて、アセチルコリンやセロトニンなどの神経修飾系が関与していることが知られている。そこでこれらを含む深部核を刺激することにより、学習が改善されることを示すことを目標とする。刺激には、通常の金属電極と繊維状電極を用いる電気刺激のほか、光活性化チャネルも用いて、効率や侵襲性の比較を試みる。目的の神経細胞が刺激電極で刺激されていることは、投射部位でのボルタンメトリーによる伝達物質の測定などにより確認する。
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| Causes of Carryover |
当初予定していた瞬目反射条件付けの実験系の確立が当初の予定より遅れたため、深部脳刺激の実験開始が平成29年度となる見込みになった。そのため次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
すでに実験系の確立が完了したので、次年度使用額を使用して速やかにデータの取得を行う。
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[Presentation] Perineuronal nets in the deep cerebellar nuclei regulate GABAergic synaptic transmission and delay eyeblink conditioning2017
Author(s)
Hirono, M., Watanabe, S., Kawahara, S., Nagao, S., Yanagawa, Y., Misonou, H.
Organizer
第94回日本生理学会大会
Place of Presentation
アクトシティ浜松（静岡県浜松市）
Year and Date
2017-03-28 – 2017-03-30
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[Presentation] Conductive silk electrode for intra/extra bioelectrical measurement2016
Author(s)
Torimitsu, K, Takizawa, Y., Takahashi, H., Watanabe, S., Sonobe, T.
Organizer
38th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology
Place of Presentation
Contemporary Resort, Orlando, FL, USA
Year and Date
2016-08-17 – 2016-08-20
Int'l Joint Research
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