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

2021 Fiscal Year Annual Research 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: 光干渉断層画像法 / イメージング / ゼブラフィッシュ / 脳

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、新規の脳神経活動・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。2020年度の研究では、ゼブラフィッシュの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、中心波長が850 nmで波長帯域が165 nmの広帯域SLD光源を用いて、2.8 μmの分解能を有する超高分解能OCTを新規に設計した。脳深部に届く微弱光を検出するために、OCTの分光器の光センサーに広い波長帯域にわたって効率的に集光するレンズの光学系を光学設計の解析で最適化した。配分額に収まるように分光器を設計したため、設計とOCT部品の調達が研究計画より遅れて完成した。こうして超高分解能OCTの構築とゼブラフィッシュの実験が次年度にずれ込んだ。しかしながら、研究代表者が2021年6月に退職したため研究を中断した。
本研究は研究代表者が新しく所属する研究機関で続行する予定である。計画では、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する。細胞レベルでの神経活動と血流の同時計測を実現するために、蛍光フィルターを使って、開発したOCTを既存の蛍光共焦点顕微鏡に組み込んで脳神経活動・血流イメージングを新規に構築する。そして、遺伝子改変ゼブラフィッシュを使って視覚刺激の実験を行う。脳神経活動・血流イメージングでゼブラフィッシュの脳を観測して脳血流と神経活動の関係を明らかにする。