2016 Fiscal Year Research-status Report
Spatio-Temporal Dynamics Analysis of Neural Activity and Blood Flow by Multifunctional Brain Imaging Using Optical Intrinsic Signals
| Project/Area Number |
15K01276
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
片山 統裕 東北大学, 情報科学研究科, 准教授 (20282030)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 神経血管カップリング / 内因性光信号イメージング / フラビン / 脳局所血液量 / ヘモダイナミクス / グリア細胞 / 脳 / 血管 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，前年度に開発した多波長蛍光・散乱光イメージングシステムを用い，経頭蓋的にマウス大脳皮質の神経活動を反映するフラビン蛋白質由来の緑色自家蛍光と，局所血液量を反映する緑色散乱光の時空間変動を同時計測した．さらに，動物の睡眠・覚醒状態を判定するために，大脳皮質脳波と頚部筋電信号も記録した．これらの，多波長光イメージング動画像，および多チャネル生体信号を解析するためのソフトウェアツール群を開発した．
脳波，蛍光，および散乱光の間で相互相関解析を行ったところ，これまでの報告と同様に，脳波と緑色蛍光の間に有意な相関が確認された．さらに，予想していたとおり，緑色蛍光と緑色散乱光が強い相関を示すことが明らかになった．フラビン蛋白質が発する自家蛍光，および，フラビンに照射される励起光も血中ヘモグロビンにより吸収されるため，局所血液量の変動が蛍光信号に混入する可能性が指摘されていた．本研究により，この効果が無視できないレベルであることを直接的に証明することができた．
次に，蛍光信号から血液量変動成分を除去するため，散乱光信号を蛍光信号から減算することにより除去する方法を試みた．これにより一定の効果が得られることが明らかになった．
また，蛍光および散乱光信号のコヒーレンス解析を行ったところ，蛍光信号に混入している散乱光成分の周波数帯域に偏りがあることが明らかになった．この効果を考慮することにより，血液量変動由来成分をより効果的に除去できる可能性が考えられる．そのため，現在その手法の開発を進めている．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り，大脳皮質代謝・血液量ダイナミクスの2波長蛍光・散乱光イメージング実験を実施することができた．さらに，散乱光信号を用いて，蛍光信号から血液量変動由来成分を除去できることを示すことができたため．
|
| Strategy for Future Research Activity |
初年度に開発した，2波長蛍光・散乱光同時イメージング顕微鏡を用いて，マウスの大脳皮質代謝活動（フラビン蛍光）と血管活動（緑色散乱光）を経頭蓋的に計測する．現在，開発を進めているフラビン蛍光wを遮蔽する血中ヘモグロビンの時空間分布（局所血液量分布）を散乱光から推定し蛍光信号から除去するアルゴリズムを完成させることにより，神経活動と血管活動のカップリング特性を計算する．さらに，従来方法では測定できなかった，フラビン蛍光変動のアストロサイト活動由来成分を推定し，脳における神経血管カップリングにおける貢献を評価する．
|
| Causes of Carryover |
実験で必要な物品の一部について国内在庫がなかったため，海外から取り寄せに時間がかかり，年度内に納品・支払いができなかったため．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当該輸入物品は4月中に納品予定であり，その支払いに充てる．
|
