2016 Fiscal Year Annual Research Report
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26249051
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
太田 淳 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (80304161)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田村 英紀 星薬科大学, 先端生命科学研究所, 特任准教授 (80437516)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 生体内埋植デバイス / CMOSイメージセンサ / 光遺伝学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) 埋植デバイス高性能化：ChR2 を導入した遺伝子改変マウスを用いた光刺激と光受信（蛍光検出）の双方向通信を実現した．更に，長期埋植に関するデータを解析し，埋植によるダメージの低減を図り3か月の長期埋植を実現した．光刺激チップについても昨年度施策したチップの基本的な動作実験等を実施するとともに，光刺激と蛍光計測と更に電気計測を実現できるチップの検討を行った．
(2) ネットワーク回路との双方向通信：前年度に引き続き複数部位における神経活動の解析を行い，ネットワーク回路としての特性を評価した．GAD67遺伝子改変マウスとTH遺伝子改変マウスを用いることによりアルコール導入による扁桃体，側坐核，VTAでのGABAやドーパミンの発現をマイクロフォトニックデバイスにより計測し，更に扁桃体と側坐核の2か所での同時計測に成功した．アルコール摂取をさせた直後と長期化摂取してアルコール依存症となった場合とでのこれらの部位での応答の違いの計測にも成功した．この結果は本センサが報酬系におけるネットワーク形態の計測に用いることができることを示している．
(3) 生体外通信方式：前年度から引き続き光による生体外通信方式について検討を進め，パルス幅変調方式を用いることで，高性能化と小型化を実現するとともに，テトラゲルファイバを用いた光通信についても検討を行い，実際にマウスを用いた画像伝送実験に成功した．またRF無線通信を実現するチップの設計も行った．
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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
当初予定の3つの項目，１．埋植デバイス高性能化，２．ネットワーク回路との双方向通信，３．生体外通信方式の各項目について，当初の計画に沿った内容の成果を得る事が出来たため．なお生体外通信方式は，当初の計画になかったRFではなく光で行うことを進めているが，同様な公開を発揮する方式であり問題ないと判断している．またRF方式も同時に研究を進めており，これらから判断して順調に進展していると判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) 埋植デバイス高性能化：前年度実施した光電子双方向通信について特性改良を行い，デバイスとしての完成度を上げていく．特に引き続き低消費電力化に考慮した回路設計等を実施していく．マイクロフォトニックデバイスの最終形態を仕上げていく．光電気刺激機能集積化チップと刺激機能を別チップとした2 種類のアプローチを継続し，実現可能性の検討を行う．
(2) ネットワーク回路との双方向通信：前年度に引き続き複数部位における神経活動の解析を行い，ネットワーク回路としての特性を評価する．
(3)生体外通信方式：前年度開発したマウス搭載可能な小型・軽量な無線システムの完成を目指して引き続き実験を行う．無線電力システムを引き続き検討し，ラットへの搭載を行うなど基礎的な実験を開始する．無線電力供給システムは，ボタン電池等をマウスに搭載し，自由行動を妨げないようなシステムを構築する．
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[Journal Article] Implantable optogenetic device with CMOS IC technology for simultaneous optical measurement and stimulation2017
Author(s)
Makito Haruta,Naoya Kamiyama,Shun Nakajima,Mayumi Motoyama,Mamiko Kawahara Yasumi Ohta,Atsushi Yamasaki,Hiroaki Takehara,Toshihiko Noda,Kiyotaka Sasagawa,Yasuyuki Ishikawa,Takashi Tokuda,Hitoshi Hashimoto,Jun Ohta
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Journal Title
Japanese Journal of Applied Physics
Volume: 56
Pages: 057001-1~7
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] A packaging method for an implantable brain-machine interface device with a thin film substrate2016
Author(s)
Takahiro Yamaguchi, Yoshinori Sunaga, Makito Haruta, Toshihiko Noda,Kiyotaka Sasagawa, Takashi Tokuda, and Jun Ohta
Organizer
5th International Conference on BioSensors, BioElectronics, BioMedical Devices, BioMEMS/NEMS & Applications 2016 (Bio4Apps2016)
Place of Presentation
Griffith University, Queensland, Australia
Year and Date
2016-12-14
Int'l Joint Research
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[Presentation] An Implantable Needle Shape Image Sensor with an On-Chip Thinned LED2016
Author(s)
Kiyotaka Sasagawa, Takahiro Yamaguchi, Makito Haruta, Yoshinori Sunaga, Yasumi Ohta, Hironari Takehara, Hiroaki Takehara, Toshihiko Noda, Takashi Tokuda, Jun Ohta
Organizer
2016 International Conference on Solid State Devides and Materials(SSDM2016)
Place of Presentation
Tsukuba International Congress Center, Tsukuba, Ibaraki
Year and Date
2016-09-28
Int'l Joint Research
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