2023 Fiscal Year Annual Research Report
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22K19261
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
三上 秀治 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (60754976)
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2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 光遺伝学 / ホログラフィ / 高速イメージング / 3Dイメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず、リアルタイムに特定のニューロン群を選択的に光操作するための光学システムとして時間集光技術およびホログラム技術を組み合わせた二光子励起光学システムを設計・構築した。光操作の対象となる単一ニューロンの大きさはおおよそ3μm程度であり、時間集光技術の導入により、この大きさに適した二光子励起プロファイルが得られる見込みを得た。また、光操作の対象となるニューロンの位置を蛍光画像からリアルタイムに取得するアルゴリズムの開発およびプログラムの実装を行った。実装にあたってはリアルタイム性を重視し、計算負荷の軽いアルゴリズムを採用することとした。また、計算リソースとしてCPUとGPUを想定し、計算時間の比較を行った。結果、CPUを用いて約60 msで撮像から光操作までの動作を行う見込みが得られ、自由行動線虫に対して開発装置が適用できる見込みを得た。これらの検討により、任意の光操作パターンを線虫の神経細胞群に対して与え、それに対する応答としての神経活動（3D蛍光画像から取得）および行動（2D明視野画像から取得）を記録するプラットフォームが構築された。加えて、実際の入出力パターンの関係を調べるための検討用モデルの調査を行い、ごく最近報告されたモデルであるgKDR-GMMを用いることとした。本モデルは実際の線虫の神経活動データから構築された、神経活動の時系列変化のモデルである。本研究で開発したシステムでは新たに神経活動とそれに対応する光操作パターンのデータセットが得られる見込みであり、本モデルの検証・修正を行うことにより、正確に線虫の神経系を表現するモデルの構築につながることが期待される。
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