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Safety evaluation of brain machine interface using optical stimulation with cultured cells

Research Project

Project/Area Number 17K01436
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Medical engineering assessment
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

Tashiro Hiroyuki  九州大学, 医学研究院, 講師 (70380384)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords人工感覚器 / 光神経刺激 / Photoswitch / 赤外線神経刺激 / ブレインマシンインターフェース / ダイレクトニューラルインターフェース / 人工視覚システム / 人工網膜 / 光刺激 / Brain machine interface / Nueral interface / BMI / 生物・生体工学 / 神経科学 / Brain Machine Interface / 医療機器 / 安全性評価
Outline of Final Research Achievements

It is necessary to confirm the safety of photoswitch and infrared nerve stimulation (INS) to achieve high-density nerve stimulation by optical stimuli. Photoswitch is a technique that endows photosensitivity to nerve cells without genetic modification. The toxicity due to intermediate organisms and starting materials becomes a problem unless the purity of the photo-active molecules at the time of synthesis is 90% or more. Additionally, mid-infrared stimulation strongly attenuates in water; therefore, INS is challenging to realize without fiber guided. Retinal stimulation through the pupil using mid-infrared stimulation is practically difficult to achieve. For example, the wavelength conversion is one of the potential methods to realize INS.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、高密度な神経刺激を実現するために光刺激を応用した神経刺激デバイスの実現を目標に取り組んだ。我々は失明者の視覚を再建する人工網膜の開発に取り組んでいるが、健常者に匹敵する視覚再建は広く応用されている電気刺激では実現が難しい。今回、Phtoswitch合成における中間体の毒性、赤外線刺激の実現性を検証した。これらの結果は光刺激による人工網膜への応用が期待できる。加齢黄斑変性、網膜色素変性といった疾患により失明に至った患者の視覚再建を引き続き目指す。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (4 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] 人工視覚システム用多孔性刺激電極の電気化学的特性解析のための等価回路の検討2018

    • Author(s)
      野村修平, 田代洋行, 寺澤靖雄, 太田淳
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 118 Pages: 23-28

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      2018 Research-status Report
  • [Journal Article] 短期間通電下における脈絡膜上経網膜刺激方式人工視覚用多孔性刺激電極の生体内電気化学インピーダンス特性2018

    • Author(s)
      野村修平, 田代洋行, 寺澤靖雄, 太田淳
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 118 Pages: 55-60

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  • [Journal Article] Nitoroazobenzene S1の細胞毒性試験による Photoswitch・BENAQ合成で要求される精製純度の検討2018

    • Author(s)
      吉村 優里奈, 土井 春奈, 寺澤 靖雄, 田代 洋行
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 117 Pages: 59-64

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      2017 Research-status Report
  • [Journal Article] 神経インターフェースの安全性評価のための神経培養細胞を用いた動物実験代替法の基礎的検討2017

    • Author(s)
      吉村優里奈, 田代 洋行, 栢森 裕三
    • Journal Title

      電子情報通信学会技術研究報告

      Volume: 117 Pages: 13-16

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  • [Presentation] 光刺激を使用した視覚再生に向けた中赤外線レーザー光の生体内減衰量の計測2020

    • Author(s)
      遠坂眞悠, 田代洋行
    • Organizer
      2020年日本生体医工学会九州支部学術講演会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 失われた視覚機能の再生を目指した光による網膜神経刺激法2020

    • Author(s)
      野村修平, 田代洋行, 寺澤靖雄, 太田淳
    • Organizer
      2020年日本生体医工学会九州支部学術講演会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] A review of optical neural stimulation: considering applications to artificial retina2019

    • Author(s)
      Hiroyuki Tashiro
    • Organizer
      2019 NAIST NCTU Joint Workshop on Biomedical Devices and Materials
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electrochemical Characterization of Implantable Porous Electrode During Long-Term In Vivo Stimulation Using Electrochemical Impedance Spectroscopy2019

    • Author(s)
      Shuhei Nomura, Hiroyuki Tashiro, Yasuo Terasawa, Yukari Nakano, Jun Ohta
    • Organizer
      International Conference on BioSensors, BioElectronics, BioMedical Devices, BioMEMS/NEMS & Applications (Bio4Apps 2018/2019)
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      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 生体内慢性通電に伴う人工視覚システム用多孔性刺激電極の一定位相要素の変化2019

    • Author(s)
      野村修平, 田代洋行, 中野由香梨, 寺澤靖雄, 太田淳
    • Organizer
      2019 日本生体医工学会九州支部学術講演会
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  • [Presentation] 人工視覚システム用多孔性刺激電極の電気化学的特性解析のための等価回路の検討2018

    • Author(s)
      野村修平, 田代洋行, 寺澤靖雄, 太田淳
    • Organizer
      MEとサイバネティックス研究会
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  • [Presentation] 短期間通電下における脈絡膜上経網膜刺激方式人工視覚用多孔性刺激電極の生体内電気化学インピーダンス特性2018

    • Author(s)
      野村修平, 田代洋行, 寺澤靖雄, 太田淳
    • Organizer
      MEとサイバネティックス研究会
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  • [Presentation] Nitoroazobenzene S1の細胞毒性試験による Photoswitch・BENAQ合成で要求される精製純度の検討2018

    • Author(s)
      吉村 優里奈, 土井 春奈, 寺澤 靖雄, 田代 洋行
    • Organizer
      MEとバイオサイバネティックス研究会
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  • [Presentation] 神経インターフェースの安全性評価のための神経培養細胞を用いた動物実験代替法の基礎的検討2017

    • Author(s)
      吉村 優里奈, 田代 洋行, 栢森 裕三
    • Organizer
      MEとバイオサイバネティクス研究会
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      2017 Research-status Report
  • [Book] Biomechatronics2019

    • Author(s)
      Marko B. Popovic Ed., Hiroyuki Tashiri et al.
    • Total Pages
      668
    • Publisher
      Elsevier
    • ISBN
      9780128129395
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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