極短音響パルスのエネルギ流束に着目したニューロモジュレーション

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H04460
• Research Institution: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
• Principal Investigator: 塚本 哲 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 応用科学群, 准教授 (90511460)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中川 桂一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (00737926) ; 川内 聡子 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 防衛医学研究センター 生体情報・治療システム研究部門, 准教授 (20506505) ; 佐藤 俊一 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 防衛医学研究センター 生体情報・治療システム研究部門, 教授 (90502906)
• Project Period (FY): 2020-03-01 – 2024-03-31
• Keywords: 極短音響パルス

Outline of Annual Research Achievements

脳にある神経細胞を刺激して脳の神経活動を調整するニューロモジュレーションを実現する技術として，脳深部まで刺激でき，かつ非侵襲な音響刺激法に期待が掛かっている．しかしながら，脳にある神経細胞を再現性良く応答させることを実現できてない．そこで本研究は，極短音響パルスのエネルギ流束に依存して脳にある神経細胞が応答するか検証し，細胞応答により副作用なくマウスの運動反応が誘発されるのか検証し，極短音響パルスによるニューロモジュレーションを実証することを目的とする．
１年目は，半年間という時間の制約があったなかで，マウス脳で細胞内Ca2+濃度を計測する系を構築し，さらにはマウス脳へ極短音響パルスを照射する系を構築した．マウス脳で細胞内Ca2+濃度を計測する系については，正立顕微鏡による蛍光観察系をベースとしてマウスを固定する治具や，マウスの体温を保持し計測する装置などを組み入れた．また，マウス脳へ極短音響パルスを照射する系については，ナノ秒パルスレーザを光ファイバで導光して黒色ゴムに照射する系を立ち上げた．極短音響パルスを生成するのに十分なだけのエネルギを持つナノ秒パルスレーザを安定して光ファイバに入射させるため，光ファイバを損傷させない導光を実現する光学系を構築した．加えて，マウス脳で細胞内Ca2+濃度を計測する系とマウス脳へ極短音響パルスを照射する系を瞬時に切り替える系も構築し，極短音響パルスを照射した直後のマウス脳で細胞内Ca2+濃度を計測できるようにした．

Current Status of Research Progress

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

Reason

１年目に目標としていた，マウス脳で細胞内Ca2+濃度を計測する系の構築，マウス脳へ極短音響パルスを照射する系の構築，ならびに細胞内Ca2+濃度センサを恒常発現するマウスの準備について，それらをおおむね終えたため．

Strategy for Future Research Activity

構築した系を用いて，マウス脳へ極短音響パルスを照射し，マウス脳で細胞内Ca2+濃度を計測する．そこで計測される細胞内Ca2+濃度上昇がエネルギ流束依存性であることを示すとともに，細胞内Ca2+濃度上昇を惹起するのに必要な最小限のエネルギ流束を求める．