2023 Fiscal Year Research-status Report
Wireless CMOS device for observing real-time brain activity and animal behavior
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23K06786
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| Research Institution | Chitose Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
春田 牧人 公立千歳科学技術大学, 理工学部, 准教授 (40733663)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
倉内 祐樹 熊本大学, 大学院生命科学研究部(薬), 准教授 (70631638)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | CMOSイメージセンサー / 脳機能イメージング / 脳血流計測 / 蛍光イメージング / 自由行動実験 / 無線通信 / 長期間計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳神経科学研究において、行動実験中の動物の脳活動を計測することは重要とされているため、本研究では小型脳機能計測デバイスによる行動実験中の脳機能計測技術の確立を目指す。さらに脳内において血流と神経活動は密接な関係を持つとされているため、本研究で開発するデバイスでは脳血流と脳神経活動の同時計測を実現可能なイメージングデバイスの開発を行う。行動実験中の脳機能計測技術の開発では、行動実験中の小型動物に使用可能なイメージングデバイスを試作し、取得したデータを無線送信可能なシステムの開発を行っている。無線システムの開発では、まず培養細胞等を用いた検証実験を行い生体計測が可能なデバイスであることを実証する。そのため、脳機能計測デバイスと同様の構造を持ち培養細胞の計測が可能な試作デバイスを試作する。本研究で開発するイメージングデバイスは、CMOSイメージセンサと光伝送素子を基本構造とし、コンタクトイメージング法により高解像度かつ広範囲の画像取得を可能にする。脳血流と脳神経活動の同時計測を実現可能なイメージングデバイスの開発では、血流とGFP蛍光の同時計測を目指し、独自設計のCMOSイメージセンサと血流観察用LED(波長535nm)、蛍光励起用LED(波長465nm)と励起光カット用ロングパスフィルタ(500nm Cut-On)を搭載した超小型脳機能イメージングデバイスを実現する。本デバイスを用いた脳血流と脳神経活動と同時計測による血流と神経活動の関連性の調査を目指す。
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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
取得したイメージングデータを無線通信システムの試作を行った。本システムでは市販の無線通信可能な機器を利用し、小型イメージングデバイスで取得した画像のWi-Fi通信による無線送信を実現した。本システムは、無線通信により生体情報を得られるかを検証するため、実証実験用として培養細胞観察用の小型イメージングデバイスを試作し、デバイス上に設置したサンプルの画像情報を送信する事に成功した。この小型イメージングデバイスは、CMOSイメージセンサ上に励起光カット用ロングパスフィルタ(500nm Cut-On)と光伝送素子を搭載し、画像取得部は脳機能計測用小型イメージングデバイスと同様の構造を持つ。脳血流・神経活動同時計測可能な小型CMOSイメージングデバイスの開発では、独自設計のCMOSイメージングデバイス、血流観察用LED(波長535nm)、蛍光励起用LED(波長465nm)と励起光カット用ロングパスフィルタ(500nm Cut-On)、光伝送素子が搭載したデバイスを試作している。カルシウムセンサーであるGCaMPたんぱく質を発現する遺伝子組み換えマウスを用いた脳機能計測実験を行う事を目的としている。
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| Strategy for Future Research Activity |
試作した無線送信可能なイメージングシステムを用いた培養細胞の蛍光および形状の計測実験を行い、生体情報を取得可能なデバイスであることを示す。培養細胞の計測実験では染色法を用いた蛍光観察実験を行う予定である。脳血流・神経活動計測用小型CMOSイメージングデバイスの開発では、試作デバイスを用いたカルシウムセンサーであるGCaMP6を発現する遺伝子組み換えマウスの脳表血流・蛍光観察実験実験を目標にデバイス機能の検証を進める。また、大脳皮質体性感覚野における血流および神経活動の変化をリアルタイムに計測し、行動と脳機能の関連性の調査を行う。
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| Causes of Carryover |
2023年度は、所属大学が変わり新たな研究室の立ち上げを行ったため、研究室の設備や環境整備に力を入れて取り組んだ。そのため、次年度使用額が生じた。次年度の環境整備の状況に合わせて、独自設計のCMOSイメージセンサ開発およびデバイスの試作に取り組むために次年度使用額を使用する。また、試作したデバイスを用いて共同研究および研究発表にも使用する予定である。
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