Ultrahigh-resolution imaging of brain neural activity and blood flow for the study of brain function

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K15186
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: LIM YIHENG 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (10789457)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 脳血流 / 生体計測 / 超高分解能 / 光干渉断層画像法

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、神経伝達や情報処理における脳血流の役割を明らかにするため、高空間解像度の蛍光顕微鏡とドップラー光干渉断層画像法(OCT)を組み合わせた脳神経活動・血流イメージング法を開発し、生きたままのゼブラフィッシュの脳を対象に、細胞レベルでの神経活動と微小血管血流との関係を明らかにする。今年度は、脳の組織構造と微小血管の血流を鮮明に３次元画像化するために、広帯域スーパールミネッセントダイオード（SLD）光源を用いて超高空間解像度ドップラーOCTの構築を試みた。はじめに、SLD光源を選定してOCTの干渉計と分光器の概略設計を行った。分光器の概略設計では、SLD光源の実際の波長帯域と超高空間解像度OCTの設計値から、光センサー、レンズと回折格子の仕様を決定した。現在は、脳の深部まで届く微弱光を検出可能な高感度OCTを目指して、決定した分光器の仕様に基づいてスペクトルを高効率に検出できる光学系を光学設計解析ソフトウェアで最適化している。また、OCTの計測ビームを走査する制御システムと分光器を同期させて生体の３次元構造を計測して、リアルタイムで分光器のデータから生体の断面画像を表示するソフトウェアを構築した。このソフトウェアは、ドップラー効果を利用した脳血流の計測に必要なOCTビームの走査パターンを生成することができる。そして、保存したデータから生体の３次元構造を再構築するソフトウェアを実装した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

交付の金額に合わせて物品の仕様を変更して、実験装置の設計と物品の調達に想定以上に時間がかかっているため、進捗がやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

分光器の光学系の設計を完成させて、ドップラーOCTを構築する。そして、野生型ゼブラフィッシュを用いて脳の組織構造と血流を計測し、画像の信号強度よりOCTの感度と血流計測精度を検証する。

Causes of Carryover

研究の進捗がやや遅れて物品の仕様が確定できていないため、次年度使用額が生じた。その使用額で購入する予定の物品を次年度に購入する。