2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on microphotonic devices with bidirectional brain communication
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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 | イメージセンサ / 生体内埋植デバイス / 蛍光計測 / 光刺激 / オプトジェネティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(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あげた．４T-APS構成を導入し，高感度化に成功した．また低消費電力化に考慮した回路設計等を実施し，低消費電力化を達成した．刺激機能に関しては電気刺激の必要性を検討して，その結果光刺激のみで十分との結論に至り，光検出・光刺激の実現を行った．光検出のための励起光波長と蛍光波長，そして光刺激の波長を全て異なるものとすることによりお互いの干渉を避け，高精度な計測と刺激を実現した．具体的には，光刺激を青色，蛍光励起を緑色，蛍光を赤色としている．
(2)ネットワーク回路との双方向通信：脳深部の複数部位における生体活動の記録を行うことに成功した．中脳辺縁系に着目し，側坐核，偏桃体，腹側被蓋野（VTA）などの脳深部器官への刺入と蛍光計測を行った．ドーパミン形成に関与するTH-GFPと抑制性神経伝達物質GABA形成に関与するGAD67－GFPとを発現している遺伝子改変マウスを用いた．これらのマウスにアルコールを毎日摂取させ慢性アルコール中毒症状を作り出し，上記中脳辺縁系にニードル型デバイスを刺入し，蛍光計測を実施した．また3カ月間の長期飼育を行った．具体的には側坐核と扁桃体の2か所の同時計測に成功している．計測は数時間行い，また3か月後にも計測可能であった．これは本デバイスが長期間の計測が可能であることを示している．またこの計測はGAD67-GFPとを発現させた遺伝子改変マウスであるが，GCaMP発現マウスでもVTA，扁桃体等での蛍光計測に成功しており，今後はGCaMPを用いた計測に変更をしていく．
(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検討を引き続き行った．無線電力供給チップの設計を行った．更に検討の結果，ボタン電池をマウスに搭載したシステム実現を目指した．
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| Research Progress Status |
29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 |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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