2018 Fiscal Year Research-status Report
A method to detect fish electrocardiogram without human handling
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18K05795
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
小島 隆人 日本大学, 生物資源科学部, 教授 (60205383)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 生体組織電極 / インピーダンス / ウツボ / 心電図 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人間が魚に手を触れることなく心電図を導出するには，体表部に電極を装着する従来の方法では困難であり，電極を食道まで自発的に取り込ませる必要がある。そこで軟体動物に着目し，スルメイカの交流抵抗（インピーダンス）の計測を行った。予め海水に浸漬して水分が飽和したイカ切り身の抵抗率は，10 Hz付近で0.03 Ω・cmと十分小さいことが確かめられ，心電図を魚の内部から導出するための電極として利用可能であることが確かめられた。麻酔により不動化したウツボの食道内に生体組織（イカ）電極および金属電極を挿入して心電図導出を試みたところ，明瞭な心電図波形が得られ，さらに生体組織（イカ）電極の信号特性を現すS/N比は 15.8 dBであったのに対し，金属電極は12.5 dBと生体組織電極のノイズ混入割合の少なさが認められ，生体組織電極の優位性が確かめられた。
自然環境下の魚からの心電図導出を試みるため，イカ切り身にリード線を挿入してマイクロデータロガーと接続して海中に沈め，これを水中ビデオカメラで観察したところ，2尾のウツボが捕食したことが認められた。データロガーにはウツボがイカ電極を捕食した際の比較的明瞭な心電図が約50秒間にわたり記録されており，実験室内で麻酔下のウツボから同様に生体組織電極を用いて導出した時と類似した波形であった。自然環境下で記録されたウツボの平均心拍数は68拍/分であったが，イカ切り身を口腔に取り込んだ後，これを持ち去ろうと遊泳していた運動時であったため，この心拍数は安静時のものとは言えず，遊泳中の心電図が記録されたと言える。以上のことより，生体組織電極を用いることで，人間が手を触れることなく，魚の心電図を明瞭に記録することが可能であることが確かめられた。
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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
陸岸から生体組織電極とリード線で接続したマイクロデータロガーおよび水中ビデオカメラを海中に沈めた実験では，2尾のウツボの捕食が認められ，明瞭な心電図も記録され，本手法は自然界に生息する魚類心電図を人間の手を触れずに導出するために有効な手法であることが確かめられた。しかし，静岡県下田市の沖合で実施した底延縄漁具に本手法を適用した実験では，ウツボの他，アカエイが生体組織電極を捕食する様子が水中ビデオカメラ画像から確認された。しかしこの場合は明瞭な心電図記録には至らず，その他の魚類からも心電図導出は行えなかった。今後，対象とする魚類が好んで捕食する餌が，生体電極として適しているかを検討し，心電図を測定する対象魚を拡げる必要がある。さらに，ウツボからの心電図記録は約50秒間であり，心電図から読み取れる心拍数およびその変動が表す自律神経系の緊張状態を計測するためには，より長い時間にわたる心電図記録が行えるような改良が求められる。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の実験では，生体組織電極を持ち去ろうと遊泳しているウツボの心電図が記録された。電極を円筒の中に置くことにより，本種が安静な状態を保つと考えられ，本手法による安静時の心拍数をまず測定することを試みる。現在までの心電図記録時間は1分に満たずややデータ数が少ないが，ケプストラムなど，周波数特性が明瞭となりやすい計算手法を用いて，安静時および遊泳時の自律神経系の緊張状態の推定を心拍数の比較と併せて行う予定である。併せて,対象魚種に最適な生体組織電極の形状および食道内への留まり易さをもつ性状の検討を行う。
本手法は，自然環境下にある魚の代謝および緊張状態を推定する有力な手法となる可能性があると考えている。例えば洋上風力発電など，各種構造物を海上に設置する際の周辺海域に生息する魚類が受ける影響評価にも適用可能であり，その場合，評価対象となる海域に生息する魚類の緊張状態を直接測定することの出来る手法となる可能性もある。そのためにも，より広範囲の魚種から明瞭かつ持続的な心電図導出が行える手法を引き続き開発していく必要がある。
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| Causes of Carryover |
自然環境下に生息する魚類の心電図導出のため，実験補助学生ともども，実験海域に出張して実験を行ってきたが，都合により補助学生が参加出来なかった日程もあり，欠員分の旅費として差額が生じた。本年度実施する実海域での実験時の補助学生旅費として次年度使用したいと考えている。
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