Novel 3D imaging method for deep brain regions

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K19436
• Research Institution: Kansai Medical University
• Principal Investigator: 林 勇一郎 関西医科大学, 医学部, 博士研究員 (90378737)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2020-03-31
• Keywords: 内視鏡 / カルシウムイメージング

Outline of Annual Research Achievements

30年度は、昨年度に製作したマウス用3次元蛍光顕微鏡を実際に動物に搭載して画像取得テストを行いながらハードウェア・ソフトウェアの改良を行った。具体的には、（１）視野内をより均一に照明できるよう励起光学系を改善した。（２）顕微鏡固定用の台座を改良して多種類の対物レンズを使えるようにした。（３）記録データにコマ落ちがあると３D画像の再構成の障害になるので、画像取得用ソフトウェアを改良してコマ落ちをなくした。（４）可変焦点レンズと画像取得の同期方法を改良した。これまではスタート時のみ同期を取っていたため記録が長時間に及ぶとレンズ駆動と画像取得のタイミングがずれることがあった。そこで一回の３Dスキャンごとに同期を取るようにしてズレを防いだ。
これらの改良を行った顕微鏡システムを用い、自由行動中のマウス海馬CA1領域の1.2×0.8×0.4 mmの領域から5分間の記録を行った。得られた画像データに対しConstrained NMFを適用して単一ニューロン由来と思われる活動を分離したところ、1000個以上のニューロンの活動を同時記録することができた。現状では、カルシウムセンサー蛋白質（GCaMP6f）の発現細胞が全視野の3分の1程度なので、発現条件の最適化により記録ニューロン数をさらに増やすことができるだろう。また、現在のソフトウェアでは、記録時間が記録用PCの主メモリ容量によって制限されているので、メモリ容量を増やすか、記録データを定期的にハードディスクに転送することによって長時間記録できるようにする必要がある。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

自由行動するマウスから3次元的にカルシウムイメージングを行うという当初の目標は達成できた。ただし、年度内に成果発表を行うことができなかったため、計画を次年度に延長した。

Strategy for Future Research Activity

実際の動物からの3次元イメージングに成功したので、現在までの成果の学会発表・論文発表を行う。また、3次元イメージングは記録細胞数の増大だけでなく、長期間記録において細胞の追跡精度の向上にも役立つ可能性がある。そこで、2次元イメージングと比較してどの程度の精度向上が見られるかを定量的に比較する。

Causes of Carryover

研究成果の発表が年度内に間に合わなかったため、次年度に学会発表および論文発表を行う。そのため、次年度は残額を学会参加費、旅費、論文掲載料、英文校閲費用として使用する。