2021 Fiscal Year Annual Research Report
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20J23439
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
杉江 謙治 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | CMOSイメージセンサ / 生体埋植デバイス / マルチモーダルセンシング / マウス脳機能計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マウス脳内でイメージングと細胞外電位を同時計測可能な生体埋植マルチモーダルセンサの開発にあたり，センサの設計，記録電極や励起光除去フィルタの実装，麻酔下マウスでのin vivo実験を行った．
細胞外記録機能を搭載するために実装した神経アンプのゲイン周波数特性や入力換算雑音が目的の細胞外電位計測に適した特性を持つことを確認した．埋植用にデバイスの実装を行い，GCaMPが発現した麻酔下マウスの海馬領域でイメージングと細胞外電位の同時計測を行った．実験結果として刺激にカイニン酸を腹腔投与した後に輝度変化と電位波形の変化を記録した．現在は取得データの解析を行っている．
得られた研究成果は国内学会および国際学会でそれぞれ2件発表を行った．なお，動物実験は奈良先端大の動物実験倫理規定に準拠して行われた．
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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
マウス脳神経活動のイメージングおよび細胞外電位の同時計測を達成するために，①マルチモーダルセンサの設計，②センサへの励起光除去フィルタおよび記録電極の実装，③麻酔下マウス海馬領域でのin vivo実験を行った．
①微弱な細胞外電位増幅のために搭載した神経アンプが700 mHzから3 kHzで39 dBの増幅率を示すことを確認した．これは電極オフセットを除去しつつ，神経活動帯域の微弱な信号を増幅するのに適している．②波長450 nm程度の励起光を除去し波長550 nm程度の蛍光を選択的に検出するために，吸収フィルタと干渉フィルタをセンサ上に実装した．また，作製の容易さからボールボンディングを用いてAu記録電極をセンサ上に作製した．③作製したデバイスを麻酔下マウスの海馬領域に埋植して，イメージングと細胞外電位の同時計測を行った．てんかん発作を起こすカイニン酸を腹腔投与することで，輝度変化率と電位波形の変化を観察した．現在は取得した結果のデータ解析を進めている．なお，動物実験は奈良先端大の動物実験倫理規定に準拠して行われた．
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| Strategy for Future Research Activity |
作製したマルチモーダルセンサで行う動物実験サンプル数を増やし，実験結果のデータ解析を進めていく．得られた研究成果を論文として投稿する．
マルチモーダルセンサのイメージング性能に関して，空間分解能を向上させるために角度選択画素を搭載したセンサの開発を進める．また，イメージングと細胞外記録で同一領域を計測できるように，画素アレイ上に記録電極が作製可能なプロセスの検討を行う．画素のトップメタル層を細胞外電位計測のための信号線として利用することを検討している．新規に作製したセンサの基本機能を実証した後に，マウスに適用し空間分解能の向上および細胞外電位計測機能の実証を進める．
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