2021 Fiscal Year Research-status Report
Implantable device for measuring cerebral blood flow, neural activities and animal behaviors
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19K16883
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
春田 牧人 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (40733663)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | CMOSイメージセンサー / 脳機能イメージング / 脳血流計測 / 蛍光イメージング / 自由行動実験 / 脳血管障害 / 長期間計測 / マルチ生体シグナル計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
血流と神経活動の同時計測可能な小型イメージングデバイスに関する研究として，①長期脳表血流計測実験および，②培養細胞を用いた明視野・蛍光観察実験 ③マウスを用いた脳表血流・蛍光観察実験を行った．①簡易設置構造と2色LED(波長525 nm, 625 nm)を搭載した小型イメージングデバイスによる脳表の総血流変化および血中モグロビンの酸化還元変化を観察した．本実験では行動実験中の2種類の血流変化の計測に成功し，”Modular head-mounted cortical imaging device for chronic monitoring of intrinsic signals in mice”(Journal of Biomedical Optics,27(2),026501,2022/02/14)として学術論文誌で発表した．②小型細胞観察用チャンバーを試作し，カルシウム蛍光プローブ(Fluo-8)で染色した培養細胞の蛍光観察と電気生理記録を行った．本研究成果は，”Miniaturized Cell Fluorescence Imaging Device Equipped with Multielectrode Array”(Sensors and Materials,34(4),1587-1599,2022/4/26)として学術論文誌で発表した．③カルシウム蛍光プローブGCaMP6を発現する遺伝子組み換えマウスを使用した脳表血流・蛍光観察実験を行った．デバイスには血流観察用LED(波長535nm)，蛍光励起用LED(波長465nm)と励起光カット用ロングパスフィルタ(500nm Cut-On)を搭載した．本研究成果は，"マウス頭部に簡易設置可能な小型蛍光・血流観察用イメージングデバイス" (第82回応用物理学会秋季学術講演会,2021/09/13)"で発表した．
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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
2021年度の達成目標としていた脳血流・神経活動同時計測可能な小型イメージングデバイスを試作し，試作デバイスを用いたGCaMP6を発現する遺伝子組み換えマウスの脳表における脳機能計測実験を行った．実験では，偏頭痛病態とされる皮質拡延性抑制（cortical spreading depression：CSD）を引き起こした際の血流変化と蛍光変化を観察した．CSDの伝搬が見られる際に神経活動に由来する蛍光変化の発生後に血流の増加が観察された．今後のCSDにおける血流と神経活動の関連性解明に向けて研究を継続する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
カルシウム蛍光プローブGCaMP6を発現する遺伝子組み換えマウスを使用した脳表血流・蛍光観察実験で得られた結果について，皮質拡延性抑制における血流変化および神経活動の関連性の解明を進めるため実験を継続する．また，自由行動実験中における血流および神経活動の変化をリアルタイムに計測し，偏頭痛における行動の関連性の調査も行う．自由行動実験中における脳機能観察結果を”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”(NEURO2022, 2022/07/02)と学術論文誌に発表予定である．
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| Causes of Carryover |
本年度は育児休業の取得および新型コロナウイルス禍において，共同研究および研究発表に遅れが生じたため，補助事業期間延長承認申請を行った．次年度は，新型コロナウイルス感染症の状況に合わせて，共同研究および研究発表を行う予定である．
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[Journal Article] Modular head-mounted cortical imaging device for chronic monitoring of intrinsic signals in mice2022
Author(s)
Mark Christian Guinto, Makito Haruta, Yuki Kurauchi, Taisuke Saigo, Kazuki Kurasawa, Sumika Ryu, Yasumi Ohta, Mamiko Kawahara, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Hiroshi Katsuki, Jun Ohta
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Journal Title
Journal of Biomedical Optics
Volume: 27
Pages: 026501-1-20
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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