2013 Fiscal Year Annual Research Report
高密度ＣＭＯＳ電極による培養神経回路のネットワーク構造の解明
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23680050
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高橋 宏知 東京大学, 先端科学技術研究センター, 講師 (90361518)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 神経細胞 / ネットワーク / 微小電極アレイ / CMOS / 培養 / 脳 / 神経回路 / 可塑性 |
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| Research Abstract |
（１）高密度CMOSアレイによる計測手法と染色手法を併用して，軸索に沿って伝播する活動電位を可視化した．軸索内の活動電位の伝播速度を実測したところ，0.2～1.5 m/sだった．伝播速度は，同じ軸索内でも場所ごとに大きく異なり，細胞体付近の太い部分では，軸索末端の細い部分よりも平均で3.7倍程度も速いことがわかった．さらに，長期間の計測を試みたところ，軸索の同じ部位でも，日によって活動電位の伝播速度が変化することがわかった．また，活動電位の伝播速度は，薬理刺激でも変化することも示した．これらの結果から，軸索は，電気回路における単なるケーブルではないことがわかる．活動電位の伝播速度のばらつきや変化は，軸索が能動的な素子として脳内の情報処理に大きな影響を及ぼしていることを強く示唆する．
（２）高密度CMOSアレイが，単一細胞レベルの分解能で細胞外計測・刺激できることを利用し，電気刺激で誘発された活動から機能結合を推定する手法を確立した．提案手法による刺激誘発パターンと従来の自発発火パターンから，神経回路の機能結合を推定したところ，両者の相関関係は必ずしも高くはなかった．特に，前シナプスニューロンの発火後に後シナプスニューロンが発火する確率は，刺激誘発パターンでは自発発火パターンよりも，10倍以上小さかった．この結果から，従来手法による推定が機能結合を過大評価することがわかった．また，単一軸索に対する高頻度繰り返し（テタナス）刺激による神経回路の可塑性を調べたところ，刺激前に強かった機能結合は刺激後に減弱し，逆に，弱かった機能結合は刺激後に増強した．このように，単一の軸索へのテタナス刺激は，ネットワーク内の機能結合を平均化するがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Reason
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Parameters for burst detection2013
Author(s)
Douglas J. Bakkum, Milos Radivojevic, Urs Frey, Felix Franke, Andreas Hierlemann, Hirokazu Takahashi
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Journal Title
Frontiers in Computational Neuroscience
Volume: 7
Pages: 193 (12 pp）
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Electrical imaging of axon function
Author(s)
Douglas J. Bakkum, Urs Frey, Milos Radivojevic, Thomas L. Russell, Jan Muller, Michele Fiscella, Hirokazu Takahashi, Andreas Hierlemann
Organizer
3rd International Symposium on Frontiers in Neurophotonics International Symposium
Place of Presentation
Bordeaux, France
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