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次世代人工内耳の開発:赤外光レーザーを用いた音声認知の再建

Research Project

Project/Area Number 18J21644
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Perceptual information processing
Research InstitutionDoshisha University
Research Fellow 玉井 湧太  同志社大学, 生命医科学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords赤外光レーザー刺激 / フラビン蛋白蛍光イメージング / 聴覚野 / 頭部固定実験 / 聴性脳幹反応 / 赤外光レーザー / 人工内耳
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、外科手術を必要としない、赤外光レーザー人工内耳の開発である。昨年度までの研究により、外耳道から鼓膜を介して蝸牛神経を刺激する経鼓膜レーザー刺激方法を確立し、レーザー刺激が生み出す知覚を行動学的に評価した。本年度の研究では、経鼓膜レーザー刺激がどのような聴覚知覚を生み出しているかを調べるために、フラビン蛋白蛍光イメージングを用いて経鼓膜レーザー刺激が生み出す大脳皮質の応答を計測した。スナネズミの大脳皮質の応答を計測するために、麻酔下のスナネズミを約45度に傾けて頭部を固定した。聴覚刺激、視覚刺激、レーザー刺激を提示した時の脳活動を記録した。結果、レーザー刺激が誘発する大脳皮質の活動部位は聴覚刺激を提示した時と一致していた。また、レーザー刺激が誘発する大脳皮質の応答は、クリック音を提示した時の脳活動のように、聴覚野の大部分を同時に活動させた。この結果は、レーザー刺激が生み出す聴覚知覚はクリック音のような音色であることを示している。
この実験に加え、レーザー刺激が誘発する聴覚野の活動の時間変化と刺激に対する強度依存性を調べた。この結果、レーザー刺激が誘発した活動は、音刺激を提示した時と同様に、刺激提示後約1s後に反応のピークが観測された。また、レーザー刺激の露光量が増加するにつれて、音刺激の音圧レベルが増加した場合と同様に、聴覚野の反応が増加した。これらの結果から、レーザー刺激は音刺激と類似した情報として聴覚野で処理されており、レーザー刺激の露光量を調節することで、音の「大きさ」知覚を制御できる可能性が示唆された。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(36 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (30 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Auditory cortical activity elicited by infrared laser irradiation from the outer ear in Mongolian gerbils.2020

    • Author(s)
      Tamai Y, Ito Y, Furuyama T, Horinouchi K, Murashima N, Michimoto I, Hishida R, Shibuki K, Hiryu S, Kobayasi KI
    • Journal Title

      PloS one

      Volume: 15 Pages: 0240227-0240227

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0240227

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Speech Encoding Scheme for The Extra-cochlear Laser Stimulation System2020

    • Author(s)
      Tamai Yuta、Matsumoto Kazuyuki、Ito Airi、Hiryu Shizuko、Kobayasi Kohta I.
    • Journal Title

      Conference Proceedings of IEEE Life Science and Technology

      Volume: 2 Pages: 336-338

    • DOI

      10.1109/lifetech48969.2020.1570617446

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spontaneous learning of temporal structure of sound sequence in Mongolian gerbil (<i>Meriones unguiculatus</i>)2020

    • Author(s)
      Tamai Yuta、Miyajima Kanae、Kobayasi Kohta I.
    • Journal Title

      Acoust. Sci. & Tech.

      Volume: 41 Issue: 1 Pages: 386-387

    • DOI

      10.1250/ast.41.386

    • NAID

      130007782720

    • ISSN
      0369-4232, 1346-3969, 1347-5177
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Infrared Laser Stimulation of Cochlear Nerve through a Tympanic Membrane2019

    • Author(s)
      Yuta Tamai, Kensuke Horinouchi, Shizuko Hiryu, and Kohta I. Kobayasi
    • Journal Title

      Conference Proceedings of IEEE Life Science and Technology

      Volume: 1 Pages: 54-57

    • DOI

      10.1109/lifetech.2019.8884023

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      2019 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Auditory-induced visual illusions in rodents measured by spontaneous behavioural response2019

    • Author(s)
      Ito Yuki、Sato Ryo、Tamai Yuta、Hiryu Shizuko、Uekita Tomoko、Kobayasi Kohta I.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1038/s41598-019-55664-z

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Speech Encoding Scheme for the Extra-Cochlear Pulsed Electrical Stimulation System2018

    • Author(s)
      Yuta Tamai, Kazuyuki Matsumoto, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • Journal Title

      Open Journal of Acoustics

      Volume: 08 Pages: 52-60

    • DOI

      10.4236/oja.2018.83005

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      2018 Annual Research Report
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  • [Presentation] Does laser irradiation of auditory nerves create auditory perception?2020

    • Author(s)
      Yuta Tamai, Miku Uenaka, Yuki Ito, Koji Toda, Takafumi Furuyama, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • Organizer
      第43回日本神経科学大会
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  • [Presentation] Let there be sound: auditory perception evoked by trans-tympanic laser stimulation in Mongolian gerbils2020

    • Author(s)
      Miku Uenaka, Yuta Tamai, Yuki Ito, Koji Toda, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • Organizer
      第80回日本動物心理学会
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  • [Presentation] Acoustic communication between human and rodents2020

    • Author(s)
      Takafumi Shigeyama, Tomoki Osuka, Yuta Tamai, Yuki Ito, Kohta I. Kobayasi
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      第80回日本動物心理学会
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  • [Presentation] Developing new auditory prosthesis: auditory perception evoked by trans-tympanic laser stimulation in Mongolian gerbil2020

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      Miku Uenaka, Yuta Tamai, Yuki Ito, Koji Toda, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • Organizer
      第42回日本比較生理生化学会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 赤外光レーザー人工内耳の開発:聴覚マスキングによる知覚の評価2020

    • Author(s)
      岡本彩, 上中望生, 玉井湧太
    • Organizer
      第23回 関西支部 若手研究者交流研究発表会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 赤外光レーザー人工内耳の老人性難聴に対する有効性の検討2020

    • Author(s)
      重山尭史, 玉井湧太, 松本和之
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      第23回 関西支部 若手研究者交流研究発表会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Cortical activity induced by laser stimulation of auditory nerves2019

    • Author(s)
      Yuta Tamai, Yuki Ito, Takafumi Furuyama, Kensuke Horinouchi, Nagomi Murashima, Isuki Michimoto, Shizuko Hiryu, and Kohta I. Kobayasi
    • Organizer
      Society for neuroscience
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Laser stimulation of auditory nerves through a tympanic membrane2019

    • Author(s)
      Yuta Tamai, Yuki Ito, Takafumi Furuyama, Kensuke Horinouchi, Nagomi Murashima, Isuki Michimoto, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • Organizer
      10th IBRO World Congress of Neuroscience
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Infrared laser hearing aid: Encoding method for creating linguistic and paralinguistic information2019

    • Author(s)
      Haruka Yamasato, Yuta Tamai, Kazuyuki Matsumoto, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • Organizer
      10th IBRO World Congress of Neuroscience
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 非侵襲人工内耳の開発:経鼓膜レーザー刺激による聴覚知覚の再建2019

    • Author(s)
      玉井湧太
    • Organizer
      産総研 ニューロリハビリテーション シンポジウム 2019
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Novel auditory prothesis with infrared laser: Flavoprotein fluorescence imaging revealed auditory cortical activity induced by trans-tympanic membrane laser irradiation to cochlear nerves2019

    • Author(s)
      Yuta Tamai, Yuki Ito, Takafumi Furuyama, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • Organizer
      第42回日本神経科学大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Laser induced auditory perception in Mongolian gerbil (Meriones unguiculatus)2019

    • Author(s)
      Yuta Tamai, Miku Uenaka, Yuki Ito, Takafumi Furuyama, Kensuke Horinouchi, Nagomi Murashima, Isuki Michimoto, Koji Toda, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • Organizer
      The 41th Annual Meeting of The Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 赤外光レーザーを用いた新しい人工内耳の開発2019

    • Author(s)
      Miku Uenaka, Yuta tamai, Yuki Ito, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • Organizer
      次世代脳プロジェクト
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    • Author(s)
      鈴木悠加, 玉井湧太, 伊藤優樹, 大浦クララ彩音, 田中里沙, 飛龍志津子,小林耕太
    • Organizer
      日本動物行動学会第38回大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of acoustical characteristics of pup USV on maternal behavior in Mongolian gerbil2019

    • Author(s)
      Haruka Suzuki, Yuta Tamai, Yuki Ito, Ayane Clara Oura, Risa Tanaka, Shizuko Hiryu, and Kohta I. Kobayasi
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      Annual meeting of the Japanese society for animal psychology
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      新学術領域「共創的コミュニケーションのための言語進化学」領域会議
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      音響学会 秋季研究発表会
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      玉井湧太, 村井凌, 宮嶌華菜絵, 小林耕太
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      鈴木悠加, 大浦彩音クララ, 玉井湧太, 伊藤優樹, 飛龍志津子, 小林耕太
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  • [Presentation] 赤外光レーザー刺激の補聴器への応用:経鼓膜レーザー刺激が誘発する聴覚知覚の推定2018

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      玉井湧太, 伊藤優樹, 飛龍志津子, 小林耕太, 古山貴文
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  • [Presentation] Auditory prosthesis with infrared laser2018

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      Yuta Tamai, Takafumi Furuyama, Yuki Ito, Kensuke Horinouchi, Kazuyuki Matsumoto, Shizuko Hiryu, Kohta I. kobayasi
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      Yuta Tamai, Ryo Murai, Kanae Miyajima, Shizuko Hiryu, Kohta I. kobayasi
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      Yuta Tamai, Kensuke Horinouchi, Yuki Ito, Kazuyuki Matsumoto, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
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      Yuta Tamai, Yuki Ito, Kensuke Horinouchi, Kazuyuki Matsumoto, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi, Takafumi Furuyama
    • Organizer
      Society for Neuroscience
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      2018 Annual Research Report
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  • [Presentation] 工学応用のための生理学研究:補聴器研究のための聴覚生理学2018

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      玉井湧太
    • Organizer
      ”拡大”若手の会「数学-生物学領域横断ワークショップ」
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      2018 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2021-12-27  

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