2018 Fiscal Year Research-status Report
Effect of time-restricted feeding on sleep-wake cycle and neural substrate of the phenomenon
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17K00932
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| Research Institution | Tohoku Institute of Technology |
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Principal Investigator |
辛島 彰洋 東北工業大学, 工学部, 准教授 (40374988)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 睡眠 / 制限給餌 / 脳波 / 生体リズム / 時間生物 / 呼吸 / 脳波 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ヒトの食習慣を模したスケジュールで制限給餌を動物に課し、睡眠への影響を調べる動物実験を行っている。
２年目である平成30年度には、平成29年度に引き続き、この研究で使用する実験システムを製作した。一般的に睡眠研究では、睡眠状態を正確に判定するため脳波測定が行われる。動物実験において脳波測定は、頭部に埋め込まれた電極にケーブルに繋いで測定されることが多い。この方法では、ケーブルで動物が拘束されることにより動物の自由な活動が阻害されてしまう。この問題を解決するため、昨年度より動物(ラット)の頭部サイズの小型アンプ兼ロガーを作成してきたが、平成30年度に完成した。この機器は、高入力インピーダンスで振幅が小さい脳波を増大するための増幅器(バンドパスフィルタ付)、アナログ信号をディジタル信号に変換するAD変換器、ディジタルデータをSDカードに保存するロガー、そしてこれらを駆動するための小型バッテリから構成されている。現在はこの機器を用いて、制限給餌を行っている動物から脳波を測定している。
さらに昨年度から引き続き、電極を埋め込むことなく生体信号を記録するためのシステムの開発も続けている。今年度は呼吸リズムの測定システムを作成した。このシステムは、永久磁石と磁気センサから構成され、動物をセンサと接続することなく(つまりケーブルなしで)呼吸リズムを測定できる。動物が安静にしていれば覚醒時でも睡眠時でも安定に呼吸リズムを記録することを確認した。さらに、カメラ撮影により動物の姿勢の情報も同時に記録できるようにした。これらの情報から、睡眠・覚醒状態を自動判定するためのアルゴリズムも開発した。なお、前述した小型アンプで測定した脳波と比較することで、このアルゴリズムの妥当性(脳波データとの一致率)を検証中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画では、動物の脳波測定を有線で行う予定であったが、行動が制限されている様子が観測された。短期的な測定ならばこの行動の制限はあまり問題にはならないと考えられるが、本研究のような長期的な計測では、この行動制限を低減することが重要であると考えた。そこでまず、無線による脳波測定を検討した。無線型の脳波測定システムはすでに販売されているが、高価であるため本研究の研究費では購入できないことや、バッテリの持ちが悪く(本研究の測定のように)長期間の測定には適していないことから、計画はしていなかったがロガーを備えた小型アンプを開発することになった。
以上のような事情によりスケジュールからやや遅れているが、現在は完成した脳波測定システムを用いてヒトの食習慣を模したスケジュールが睡眠へ及ぼす影響を調べており、計画のスケジュールに近づいている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの２年間の研究において、心電図および呼吸リズムを無拘束で測定できるシステムや、脳波測定用の小型脳波計を開発してきたのは前述した通りである。これらの装置を用いて、本研究の目的である制限給餌の睡眠への影響を調べる動物実験を今年度は実施する。
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| Causes of Carryover |
当初の計画では動物の脳波測定は有線で行う予定であったが、動物の負担を低減するため、計画はしていなかったが小型脳波ロガーの作成を行ってきたことは前述した通りである。この開発に時間がかかったため計画通りのスケジュールでは研究が進んでこなかったため、予算の執行が遅れた（つまり次年度使用が生じた）。今年度は集中して実験を行うので、昨年度分も含めて研究費を使用させていただきたいと思います。
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