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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Optical neural interface device

Research Project

Project/Area Number 18H03780
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

太田 淳  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80304161)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高橋 正信  芝浦工業大学, システム理工学部, 教授 (20338312)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
KeywordsCMOSイメージセンサ / 生体埋植デバイス / 光遺伝学 / 光電子デバイス
Outline of Annual Research Achievements

(1) 分散埋植デバイス高性能化:前年度実施した光双方向通信について特性改良を行い,デバイスとしての完成度を上げた.特に,AAV注入方法を検討し,ウィルス発現をしっかりと制御できるようになった.これにより光刺激の特性を上げることができた (2) 神経ネットワーク回路計測・制御:前年度に引き続き複数部位における神経活動の解析を行い,ネットワーク回路としての特性を評価した.特に,アルコール投与におけるドーパミン神経活動について,マイクロダイアリシス法と併用して,その特性評価方法を確立することができた.また疼痛実験も開始し,フォルマリン注射による疼痛誘起によるDRC(dorsal raphe nucleus) における蛍光変化計測に成功した.蛍光計測にはGCaMPマウスを用いた.またDAT-CreやセロトニンーCreなどの遺伝子改変マウスを導入し,ドーパミン特異的,セロトニン特異的な計測や制御を可能とする体制を確立した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

(1) 分散埋植デバイス高性能化については,おおむね当初の予定通りの結果を得ることができた.特にウィルスインジェクション方法の検討により,ウィルス発現の制御ができるようになり,蛍光計測,光刺激特性を大幅に向上することができた. (2) 神経ネットワーク回路計測・制御については,投与sの予定通りの結果を得ることができた.特に,アルコール投与におけるドーパミン神経活動について,マイクロダイアリシス法と併用して,その特性評価方法を確立することができた.

Strategy for Future Research Activity

(1) 分散埋植デバイス高性能化:厚さ20μm以下のフレキシブルマイクロフォトニックデバイスの完成を行う. (2) 神経ネットワーク回路計測・制御:脳内ネットワーク回路機能解明のツールとしての完成度を高め,双方向光神経インターフェイス機能の実証を行う.

  • Research Products

    (34 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 5 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 6 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] カセサート大学(タイ)

    • Country Name
      THAILAND
    • Counterpart Institution
      カセサート大学
  • [Int'l Joint Research] ヒューストン大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ヒューストン大学
  • [Journal Article] Monitoring Neuronal Dynamics in the Ventral Tegmental Area Using an Implantable Microimaging Device With Microdialysis System2021

    • Author(s)
      Sunaga Yoshinori、Ohta Yasumi、Murakami Takaaki E、Akay Yasemin M.、Ohta Jun、Akay Metin
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 9 Pages: 55871~55878

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2021.3071961

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Miniaturized LED light source with an excitation filter for fluorescent imaging2021

    • Author(s)
      Azmer Mohamad Izzat、Sasagawa Kiyotaka、Rustami Erus、Sugie Kenji、Ohta Yasumi、Haruta Makito、Takehara Hironari、Tashiro Hiroyuki、Ohta Jun
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 60 Pages: SBBG07~SBBG07

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abe5bf

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Simultaneous CMOS-Based Imaging of Calcium Signaling of the Central Amygdala and the Dorsal Raphe Nucleus During Nociception in Freely Moving Mice2021

    • Author(s)
      Rebusi Romeo、Olorocisimo Joshua Philippe、Briones Jeric、Ohta Yasumi、Haruta Makito、Takehara Hironari、Tashiro Hiroyuki、Sasagawa Kiyotaka、Ohta Jun
    • Journal Title

      Frontiers in Neuroscience

      Volume: 15 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fnins.2021.667708

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Self-Reset Image Sensor With a Signal-to-Noise Ratio Over 70 dB and Its Application to Brain Surface Imaging2021

    • Author(s)
      Pakpuwadon Thanet、Sasagawa Kiyotaka、Guinto Mark Christian、Ohta Yasumi、Haruta Makito、Takehara Hironari、Tashiro Hiroyuki、Ohta Jun
    • Journal Title

      Frontiers in Neuroscience

      Volume: 15 Pages: -

    • DOI

      10.3389/fnins.2021.667932

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Micro-LED Array-Based Photo-Stimulation Devices for Optogenetics in Rat and Macaque Monkey Brains2021

    • Author(s)
      Ohta Yasumi、Guinto Mark Christian、Tokuda Takashi、Kawahara Mamiko、Haruta Makito、Takehara Hironari、Tashiro Hiroyuki、Sasagawa Kiyotaka、Onoe Hirotaka、Yamaguchi Reona、Koshimizu Yoshinori、Isa Kaoru、Isa Tadashi、Kobayashi Kenta、Akay Yasemin M.、Akay Metin、Ohta Jun
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 9 Pages: 127937~127949

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2021.3111666

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ultrasmall compact CMOS imaging system for bioluminescence reporter-based live gene expression analysis2021

    • Author(s)
      Olorocisimo Joshua Philippe、Briones Jeric、Sasagawa Kiyotaka、Haruta Makito、Takehara Hironari、Tashiro Hiroyuki、Ishida-Kitagawa Norihiro、Bessho Yasumasa、Ohta Jun
    • Journal Title

      Journal of Biomedical Optics

      Volume: 26 Pages: 116002-1~17

    • DOI

      10.1117/1.JBO.26.11.116002

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 脳内埋植超小型イメージングデバイスを用いたマウス腹側被蓋野における自由行動下神経活動の蛍光イメージング2023

    • Author(s)
      佐野 珠世, 太田 安美, 河原 麻実子, 須永 圭紀, 竹原 浩成, 春田 牧人, 田代 洋行, 笹川 清隆, 太田 淳
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 刺入型蛍光イメージングデバイス用フロントライト構造の試作2023

    • Author(s)
      伊藤 佑樹, Schaeffer Daniel, 笹川 清隆, 竹原 浩成, 春田 牧人, 田代 洋行, 太田 淳
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Miniaturized Multi-functional Sensing System with Implantable CMOS Imager and Fast-scan Cyclic Voltammetry2023

    • Author(s)
      Siwadamrongpong Ronnakorn Siwadamrongpong, Sato Nicha, 春田 牧人, 竹原 浩成, 田代 洋行, 笹川 清隆, 太田 淳
    • Organizer
      令和5年電気学会全国大会
  • [Presentation] 高感度偏光イメージングシステムを用いたミリ波電界イメージング2023

    • Author(s)
      岡田 竜馬, 笹川 清隆, 水野 麻耶, 春田 牧人, 竹原 浩成, 田代 洋行, 太田 淳
    • Organizer
      2023年電子情報通信学会総合大会
  • [Presentation] 脳表観察用ヘッドマウント蛍光イメージングデバイスの開発2022

    • Author(s)
      春田 牧人, Mark Christian Guinto, 太田 安美, 河原 麻実子, 竹原 浩成, 田代 洋行, 笹川 清隆, 太田 淳
    • Organizer
      第96回日本薬理学会年会
  • [Presentation] An implantable multimodal sensor for optical and electrophysiological recording of mouse brain activity2022

    • Author(s)
      Kenji Sugie, Ryoma Okada, Yasumi Ohta, Hironari Takehara, Makito Haruta, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • Organizer
      IEEE Photonics Coference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A wireless CMOS imaging device utilized Bluetooth-low energy for freely moving animals2022

    • Author(s)
      Treepetchkul Thanaree, Ronnakorn Siwadamrongpong, Hironari Takehara, Makito Haruta, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • Organizer
      第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • [Presentation] An implantable multimodal sensor for optical and electrophysiological recording of mouse brain activity2022

    • Author(s)
      Kenji Sugie, Ryoma Okada, Yasumi Ohta, Hironari Takehara, Makito Haruta, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • Organizer
      IEEE Photonics Society Kansai Chapter 第8回フォトニクス英語発表会
  • [Presentation] バイオニックヒューマン ~バイオ医療デバイスを支える半導体技術~2022

    • Author(s)
      太田 淳
    • Organizer
      第48回技術士全国大会
    • Invited
  • [Presentation] 半導体のバイオ医療応用2022

    • Author(s)
      太田 淳
    • Organizer
      「超高齢化社会に対応する先制医療工学研究拠点」シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] Brain Implantable Optoelectronic Devices for Measuring and Controlling Biological Functions2022

    • Author(s)
      Jun Ohta
    • Organizer
      BrainInterface CAS, BioCAS pre-conference workshop
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] A Wireless CMOS Imaging Device for Mouse Under Freely Moving Conditions2022

    • Author(s)
      Thanaree Treepetchkul, Ronnakorn Siwadamrongpong, Hironari Takehara, Makito Haruta, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • Organizer
      International Conference on Solid State Devices and Materials(SSDM2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 腹側被蓋野内の 2 領域の神経活動の蛍光イメージングの同時計測2022

    • Author(s)
      藤田 敦士, Castillo Virgil Christian, Rebusi Romeo Brioso, 太田 安美, 河原 麻実子, 竹原 浩成, 春田 牧人, 田代 洋行, 笹川 清隆, 太田 淳
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Facile Fabrication of Carbon Electrodes on Flexible Subtrate for In Vivo Sensing of Dopamine2022

    • Author(s)
      VirgilChristian Garcia Castillo, Yasumi Ohta, Nicha Sato, Hiroyuki Tashiro, Hironari Takehara, Makito Haruta, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 脳表血流・蛍光観察用ヘッドマウントCMOSイメージングデバイス2022

    • Author(s)
      春田 牧人, Guinto Mark, 太田 安美, 河原 麻実子, 竹原 浩成, 田代 洋行, 笹川 清隆, 太田 淳
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] Mouse Brain Imaging Using a Self-Reset CMOS Image Sensor over 70-dB SNR2022

    • Author(s)
      Kiyotaka Sasagawa, Pakpuwadon Thanet, Mark C. Guinto, Yasumi Ohta, Makito Haruta, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro, Jun Ohta
    • Organizer
      65TH IEEE INTERNATIONAL MIDWEST SYMPOSIUM ON CIRCUITS AND SYSTEMS (MWSCAS 2022)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Control and Measurement of Biological Functions by Light with Optoelectronic Devices2022

    • Author(s)
      Jun Ohta
    • Organizer
      International Symposium on Imaging, Sensing, and Optical Memory 2022(ISOM2022)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of Compact Readout Device for Neural Observation System Using Fluorescence Imaging and Fast-Scan Cyclic Voltammetry2022

    • Author(s)
      Ronnakorn Siwadamrongpong, Nicha Sato, Kenji Sugie, Yasumi Ohta, Makito Haruta, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • Organizer
      The 44th International Engineering in Medicine and Biology Conference(EMBC22)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 長期計測可能な脳血流・神経活動計測用イメージングデバイスの開発2022

    • Author(s)
      Makito Haruta, Mark Christian Guinto, Kazuki Kurasawa, Yasumi Ohta, Mamiko Kawahara, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • Organizer
      NEURO2022
  • [Presentation] 光刺激にマイクロLEDアレイデバイスを用いたマウスVTA内のGABAニューロンとドーパミンニューロンの関係についての考察2022

    • Author(s)
      Y. Ohta, T. E. Murakami, M.C. Guinto, M. Kawahara, Y. M. Akay, H. Takehara, M. Haruta, H. Tashiro, K. Sasagawa, M. Akay, J. Ohta
    • Organizer
      NEURO2022
  • [Presentation] Neuroimaging and modulation of the septo-hippocampal circuit using novel brain-implantable CMOS image sensors and micro-LEDs during seizure and epilepsy2022

    • Author(s)
      Joshua Philippe Olorocisimo, Yasumi Ohta, Paul Rossener Regonia, Hironari Takehara, Makito Haruta, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Junichiro Yoshimoto, Kazushi Ikeda, Jun Ohta
    • Organizer
      NEURO2022
  • [Presentation] CMOS Implantable Imaging Device and Mircrodialysis System for Observing Serotonergic Neurons During Nociception in Freely Moving Mice2022

    • Author(s)
      Latiful Akbar, Yasumi Ohta, Mamiko Kawahara, Makito Haruta, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • Organizer
      NEURO2022
  • [Presentation] Simultaneous imaging of hippocampal subfields in freely moving GCaMP transgenic mice using a novel implantable micro-imager2022

    • Author(s)
      Mark Christian Guinto, Yasumi Ohta, Mamiko Kawahara, Hironari Takehara, Makito Haruta, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • Organizer
      NEURO2022
  • [Presentation] Implantable Optoelectronic Devices for Observation and Control of Biological Functions2022

    • Author(s)
      Jun Ohta, Kiyotaka Sasagawa, Makito Haruta, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro
    • Organizer
      2022 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] CuO Nanoparticulate Modified Microelectrode for Neurotransmitters Detection by Fast-Scan Cyclic Voltammetry2022

    • Author(s)
      Nicha Sato, Makito Haruta, Yasumi Ohta, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Oratai Jongprateep, Jun Ohta
    • Organizer
      2022 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 光機能素子科学研究室

    • URL

      https://mswebs.naist.jp/LABs/pdslab/index-j.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

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