2013 Fiscal Year Research-status Report

カプセル内視鏡と慢性硬膜下電極埋め込みによる脳活動テレメータシステムの開発

Research Project

Project/Area Number	24591308
Research Institution	Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
Principal Investigator	根本正史公益財団法人東京都医学総合研究所, 認知症・高次脳機能研究分野, 研究員 (80370980)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	木暮信一創価大学, 工学部, 教授 (10133448) 川井秀樹創価大学, 工学部, 准教授 (90546243)
Keywords	神経活動・脳循環カップリング / 内因性光学信号 / 脳機能マッピング / 神経可塑性
Research Abstract	本研究の目的は，覚醒下，自由行動中の小動物において，ｶﾌﾟｾﾙ内視鏡の技術を応用し，何ら束縛することなく脳活動をｲﾒｰｼﾞﾝｸﾞする技術を開発することである。① 初めに麻酔中のげっ歯類において，感覚刺激による脳活動領域を，ｶﾌﾟｾﾙ内視鏡のｲﾒｰｼﾞから血液量の変化や血液酸素化度の変化によってﾏｯﾋﾟﾝｸﾞする。② 慢性硬膜下電極とｶﾌﾟｾﾙ内視鏡を埋め込んで，両信号を同時に取得できるﾃﾚﾒﾄﾘｰｼｽﾃﾑを構築。③ 無麻酔，無拘束下で両信号を取得し，神経活動と脳循環代謝に関してその動的ｶｯﾌﾟﾘﾝｸﾞを解明する。 (1) 現在，市場で手に入るｶﾌﾟｾﾙ内視鏡は，ｷﾞﾌﾞﾝｲﾒｰｼﾞﾝｸﾞ社製とｵﾘﾝﾊﾟｽ社製のものがあるが，ｶﾗｰﾌｨﾙﾀｰ，自動調光機能，出力ﾌｫｰﾏｯﾄ，LED波長など，ﾍﾓｸﾞﾛﾋﾞﾝ濃度の定量化の為には最適化が必要で，また，電池交換をしなければ繰り返し使用できないことなどの問題があり，企業担当者と打ち合わせたが，新たな改造を必要とすることから承諾が得られなかった。(2) 能力は劣るが，産業用の超小型CCD, CMOSﾋﾞﾃﾞｵｶﾒﾗで代用できないか，他企業と交渉中である。 (3) これらの機器開発と並行し，様々な麻酔下のﾏｳｽ，ﾗｯﾄにおいて，実体顕微鏡と冷却CCDｶﾒﾗを用いて狭帯域光ｲﾒｰｼﾞﾝｸによるﾍﾓｸﾞﾛﾋﾞﾝ濃度変化のﾏｯﾋﾟﾝｸﾞを行った。神経活動・脳循環代謝相関において，ﾏｳｽとﾗｯﾄの種差の報告(Parakash,　2007)があるが，麻酔感受性と呼吸抑制に起因したみかけ上の種差でないか比較検討中である。(4) 麻酔下のﾏｳｽ，ﾗｯﾄにおいて，大脳皮質，海馬，扁桃体に微小電極を挿入，後発射が生じるように高頻度電気刺激を繰り返し行い，ｷﾝﾄﾞﾘﾝｸﾞ現象(広義の可塑的変化)が生じていることを微小電極法と上記ｲﾒｰｼﾞﾝｸﾞ法で確認した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 本研究の目的を達成する為に，ｶﾌﾟｾﾙ内視鏡の機能の最適化が必要であった。しかし，理論的に，どこを変更すべきかわかっているものの，大手企業から技術提供を引き出すことが困難であった。一方，従来の方法ではあるが，頭部を固定して神経活動と脳循環代謝のｲﾒｰｼﾞﾝｸﾞを行い，脳活動の基礎状態をﾓﾆﾀｰしながら脳活動の可塑的変化明らかにする実験については，並行して進んでいる。以上の理由で，当初の実施計画からやや遅れていると評価した。
Strategy for Future Research Activity	ｶﾌﾟｾﾙ内視鏡の導入の諸問題に対して，今後，以下の方策でｱﾌﾟﾛｰﾁする。　神経活動に伴うﾍﾓｸﾞﾛﾋﾞﾝ濃度の変化，酸素化度の変化による脳活動を， SDｶｰﾄﾞ記録方式の超小型(ﾓﾉｸﾛ/ｶﾗｰ)CCD/CMOSｶﾒﾗと，波長を調整したLED光を組み合わせて，麻酔したげっ歯類の活動領域のﾏｯﾋﾟﾝｸﾞを行う。実際には，この実験に先立ち，実体顕微鏡とRolera-EM-C2 冷却CCDｶﾒﾗを用いて，活動領域の通常のﾏｯﾋﾟﾝｸﾞを行ない，両者の結果とを比較する。次のｽﾃｯﾌﾟとして，覚醒下，自由行動中のげっ歯類の頭部に埋め込み，活動領域のﾏｯﾋﾟﾝｸﾞが可能かどうか試みる。以上から，原理的にｶﾌﾟｾﾙ内視鏡の技術を用いて，血液量の変化や血液酸素化度の変化による脳活動領域のﾏｯﾋﾟﾝｸﾞが高品質で得られる可能性があることを示す。
Expenditure Plans for the Next FY Research Funding	大手企業のカプセル内視鏡システムを購入する予定で，物品費が高く見積もられたが，内視鏡システムの購入を断念せざるをえなくなり，代替物品となる超小型CCD/CMOSカメラへ変更と，さらに必要な他の機器にあてがわれるなどして，最終的には少額の助成金が次年度へ繰り越された。最終年度は，脳循環代謝のイメージ信号と神経活動の電気信号をモニターする為のテレメトリーシステム構築の為に，予算を調整して使用していく計画である。