内因性光学イメージング法と光ファイバーセンシングを応用した術中脳機能内視鏡の開発

• 研究課題/領域番号: 13557114
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 展開研究
• 研究分野: 脳神経外科学
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 佐藤 勝重 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 講師 (80291342)
• 研究分担者: 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 講師 (70251501) ; 成相 直 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 講師 (00228090) ; 大野 喜久郎 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 講師 (50014238) ; 津村 治邦 (株)三啓, システム機器部, 部長
• 研究期間 (年度): 2001 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 13,400千円 (直接経費: 13,400千円); 2004年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 2003年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円); 2002年度: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円); 2001年度: 6,100千円 (直接経費: 6,100千円)
• キーワード: 光学的計測法 / 内因性光学シグナル / 光ファイバー / 脳外科 / イメージング / 脳機能内視鏡 / 術中計測 / 中枢神経機能

研究概要

脳腫瘍の外科的手術において、正常組織と腫瘍との境界がどこにあるのか、切除範囲をどう決めたらよいのかという問題は、患者の術後の神経機能を最大限に保持するために極めて重要な問題である。しかし、現在、治療で用いられている検査法は空間・時間分解能ともまだ十分ではない。本研究では光ファイバーセンシングの技術と、内因性光学イメージング法を組み合わせて、脳深部から神経活動をモニターできる新しい術中神経機能計測システムを開発することを目的とする。
本年度は、まず、実験用脳機能内視鏡の開発を行い、実験動物でその有用性を検討した。開発した実験用脳機能内視鏡は、ハードは光源、検出系、記録系、モニターから構成された。光源には、リプルノイズのない高出力のタングステン・ハロゲンランプを用い、これを直流安定化電源で駆動した。検出系は、光ファイバーと光量差差分増幅装置からなり、光ファイバーとしては、特注の極細ファイバーを用いた。光ファイバーの機械側端には対物レンズを付け、さらに光量差差分増幅装置の高速CCDカメラとのコネクターを作成した。記録系としては、高速のコンピュータを用い、測定時間ができる限り短くなるようにした。一方、ソフト面では、リアルタイムでイメージングできるようなソフトウエアの開発を行った。有用性の検討対象として、比較的実験が容易なラットのバレル応答を用いた。ヒゲの機械刺激に伴うバレル応答に対しては、作成したシステムで十分に計測可能であることが明らかとなった。人への応用に関しても十分に可能であると考えられたが、倫理面の問題から実際に適用するには至らなかった。今後さらに開発を推進していく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Functional representation of the finger and face in the human somatosensory cortex : Intraoperative intrinsic optical imaging. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sato et al.
  • 雑誌名: NeuroImage (in press)
  • NAID: 130007039125
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Optical mapping of the functional organization of the rat trigeminal nucleus : Spatial and temporal dynamics of sensory information transfer during embryogenesis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Momose-Sato et al.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 24 ページ: 1366-1376
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Optical survey of neural circuit formation in the embryonic chick vagal pathway. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato et al.
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 19 ページ: 1217-1225
  • NAID: 130005446923
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Optical mapping reveals developmental dynamics of Mg^<2+>-/APV-sensitive components of glossopharyngeal glutamatergic EPSPs in the embryonic chick NTS. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato et al.
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 92 ページ: 2538-2547
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Optical detection of neural function in the chick visual pathway in the early stages of embryogenesis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Miyakawa et al.
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 20 ページ: 1133-1144
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Optical detection of convergent projections in the embryonic chick NTS. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato et al.
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 371 ページ: 97-101
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 神経興奮と神経回路網の形成 (2004)
  • 著者名/発表者名: 佐藤容子
  • 雑誌名: Clinical Neuroscience 22 ページ: 1214-1214
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Optical mapping of the functional organization of the rat trigeminal nucleus : Spatial and temporal dynamics of sensory information transfer during embryogenesis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Momose-Sato, Y., Honda, Y., Sasaki, H., Sato, K.
  • 雑誌名: Journal of Neuroscience 24 ページ: 1366-1376
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical survey of neural circuit formation in the embryonic chick vagal pathway. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Miyakawa N., Momose-Sato, Y.
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 19 ページ: 1217-1225
  • NAID: 130005446923
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical mapping reveals developmental dynamics of Mg^<2+>-/APV-sensitive components of glossopharyngeal glutamatergic EPSPs in the embryonic chick NTS. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Momose-Sato, Y.
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 92 ページ: 2538-2547
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical detection of neural function in the chick visual pathway in the early stages of embryogenesis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Miyakawa, N., Sato, K., Momose-Sato, Y.
  • 雑誌名: European Journal of neuroscience 20 ページ: 1133-1144
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical detection of convergent projections in the embryonic chick NTS. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Momose-Sato, Y.
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 371 ページ: 97-101
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Light-scattering signals related to neural functions. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Momose-Sato, Y., Kamino, K.
  • 雑誌名: Recent Research Developments in Membrane Biology. (Eds.Fagan, J., Davidson, J., N., Shimizu, N.)(Research Signpost, Kerara) Vol.2 ページ: 21-45
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical analysis of large-scale depolarization waves in the embryonic brain : a dual network of gap junctions and chemical synapses. (2003)
  • 著者名/発表者名: Momose-Sato, Y., Miyakawa, N., Mochida, H., Sasaki, S., Sato, K.
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 89 ページ: 600-614
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Depolarization waves in the embryonic CNS triggered by multiple sensory inputs and spontaneous activity : optical imaging with a voltage-sensitive dye (2003)
  • 著者名/発表者名: Momose-Sato, Y., Mochida, H., Sasaki, S., Sato, K.
  • 雑誌名: Neuroscience 116 ページ: 407-423
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical detection of developmental origin of synaptic function in the embryonic chick vestibulocochlear nuclei. (2003)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Momose-Sato, Y.
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 89 ページ: 2315-3224
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical analysis of acute spontaneous epileptiform discharges in the in vivo rat cerebral cortex. (2003)
  • 著者名/発表者名: Miyakawa, N., Yazawa, I., Sasaki, S., Momose-Sato, Y, Sato, K.
  • 雑誌名: NeuroImage 18 ページ: 622-632
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Postnatal changes in intrinsic optical responses to peripheral nerve stimulation in the in vivo rat spinal cord. (2003)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, S., Sato, K., Shinomiya, K., Momose-Sato, Y.
  • 雑誌名: NeuroImage 20 ページ: 2126-2134
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Functional mapping of neural activity in the embryonic avian visual system : optical recording with a voltage-sensitive dye. (2003)
  • 著者名/発表者名: Miyakawa, N., Sato, K., Mochida, H., Sasaki.S., Momose-Sato, Y.
  • 雑誌名: The Neural Basis of Early Vision. (Ed.Kaneko, A.)(Keio University International Symposia for Life Sciences and Medicine)(Springer-Verlag, Tokyo) Vol.11 ページ: 194-198
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Intraoperative intrinsic optical imaging of neuronal activity from subdivisions of the human primary somatosensory cortex. (2002)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Nariai, I., Sasaki, S., Yazawa, I., Mochida, H., Miyakawa, N., Momose-Sato, Y., Kamino, K., Ohta, Y., Hirakawa, K., Ohno, K.
  • 雑誌名: Cerebral Cortex 12 ページ: 269-280
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical approaches to functional organization of glossopharyngeal and vagal motor nuclei in the embryonic chick hindbrain. (2002)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Mochida, H., Yazawa, I., Sasaki, S., Momose-Sato, Y.
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 88 ページ: 383-393
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Multiple-site optical recording for characterization of functional synaptic organization of the optic tectum of rainbow trout. (2002)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita, M., Ueda, R., Kojima, S., Sato, K., Watanabe, M., Urano, A., Ito, E.
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 16 ページ: 868-876
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical imaging of intrinsic signals induced by peripheral nerve stimulation in the in vivo rat spinal cord. (2002)
  • 著者名/発表者名: Sasaki, S., Yazawa, I., Miyakawa, N., Mochida, H., Shinomiya, K., Kamino, K., Momose-Sato, Y., Sato, K.
  • 雑誌名: NeuroImage 17 ページ: 1240-1255
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Developmental organization of the glossopharyngeal nucleus in the embryonic chick brainstem slice as revealed by optical sectioning recording. (2002)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Mochida, H., Sasaki, S., Momose-Sato, Y.
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 327 ページ: 157-160
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Application of voltage-sensitive dyes to the embryonic central nervous system. (2002)
  • 著者名/発表者名: Momose-Sato, Y., Sato, K., Kamino, K.
  • 雑誌名: Recent Research Developments in Membrane Biology. (Eds.Fagan, J., Davidson, J., N., Shimizu, N.)(Research Signpost, Kerara) Vol.1 ページ: 159-181
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical approaches to embryonic development of neural function in the brainstem. (2001)
  • 著者名/発表者名: Momose-Sato, Y., Sato, K., Kamino, K.
  • 雑誌名: Progress in Neurobiology 63 ページ: 151-197
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Spreading depolarization waves triggered by vagal stimulation in the embryonic chick brain : optical evidence for intercellular communication in the developing CNS. (2001)
  • 著者名/発表者名: Momose-Sato, Y., Sato, K., Mochida, H., Yazawa, I., Sasaki, S., Kamino, K.
  • 雑誌名: Neuroscience 102 ページ: 245-262
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Multiple-site optical recording reveals embryonic organization of synaptic networks in the chick spinal cord. (2001)
  • 著者名/発表者名: Mochida, H., Sato, K., Arai, Y., Sasaki, S., Yazawa, I., Kamino, K., Momose-Sato, Y.
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 13 ページ: 1547-1558
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical imaging of spreading depolarization waves triggered by spinal nerve stimulation in the chick embryo : Possible mechanisms for large-scale coactivation of the CNS. (2001)
  • 著者名/発表者名: Mochida, H., Sato, K., Arai, Y., Sasaki, S., Kamino, K., Momose-Sato, Y.
  • 雑誌名: European Journal of Neuroscience 14 ページ: 809-820
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Developmental changes in trial-to-trial variations in whisker barrel responses studied using intrinsic optical imaging : Comparison between normal and de-whiskered rats. (2001)
  • 著者名/発表者名: Yazawa, I., Sasaki, S., Mochida, H., Kamino, K., Momose-Sato, Y., Sato, K.
  • 雑誌名: Journal of Neurophysiology 86 ページ: 392-401
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical responses to micro-application of GABA agonists in the embryonic chick brain stem. (2001)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Mochida, H., Sasaki, S., Yazawa, I., Kamino, K., Momose-Sato, Y.
  • 雑誌名: Neuro Report 12 ページ: 95-98
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Effects of anisomycin on LIP in the hippocampal CA1 : Long-term analysis using optical recording. (2001)
  • 著者名/発表者名: Mochida, H., Sato, K., Sasaki, S., Yazawa, I., Kamino, K., Momose-Sato, Y.
  • 雑誌名: Neuro Report 12 ページ: 987-991
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Functional representation of the finger and face in the human somatosensory cortex : Intraoperative intrinsic optical imaging.
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Nariai, T., Tanaka, Y., Maehara, T., Miyakawa, N., Sasaki, S., Momose-Sato, Y., Ohno, K.
  • 雑誌名: NeuroImage (in press)
  • NAID: 130007039125
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Visualization of somatotopic representation of sensory cortex with intrinsic optical signals as guides for brain tumor surgery
  • 著者名/発表者名: Nariai, T., Sato, K., Hirakawa, K., Ohta, Y., Tanaka, Y., Ishiwata, K., Ishii, K., Kamino, K., Ohno, K.
  • 雑誌名: Journal of Neurosurgery (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Application of voltage-sensitive dyes to the embryonic nervous systems.
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Momose-Sato Y., Kamino, K.
  • 雑誌名: Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function. (Eds.Rector, D., M., George, J., S.)(The Humana Press Inc, Totowa) (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function (2005)
  • 著者名/発表者名: Sato et al.
  • 出版者: The Humana Press Inc (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function (2005)
  • 著者名/発表者名: Sato et al.
  • 出版者: The Humana Press Inc(in press)
• [図書] Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato et al.
  • 総ページ数: 25
  • 出版者: Research Signpost
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Momose-Sato, Y. et al.: "Optical analysis of large-scale depolarization waves in the embryonic brain : a dual network of gap junctions and chemical synapses."Journal of Neurophysiology. 89. 600-614 (2003)
• [文献書誌] Momose-Sato, Y. et al.: "Depolarization waves in the embryonic CNS triggered by multiple sensory inputs and spontaneous activity : optical imaging with a voltage-sensitive dye."Neuroscience. 116. 407-423 (2003)
• [文献書誌] Sato, K., Momose-Sato, Y.: "Optical detection of developmental origin of synaptic function in the embryonic chick vestibulocochlear nuclei."Journal of Neurophysiology. 89. 2315-3224 (2003)
• [文献書誌] Miyakawa, N. et al.: "Optical analysis of acute spontaneous epileptiform discharges in the in vivo rat cerebral cortex."NeuroImage. 18. 622-632 (2003)
• [文献書誌] Sasaki, S. et al.: "Postnatal changes in intrinsic optical responses to peripheral nerve stimulation in the in vivo rat spinal cord."NeuroImage. 20. 2126-2134 (2003)
• [文献書誌] Momose-Sato, Y. et al.: "Optical mapping of the functional organization of the rat trigeminal nucleus : Spatial and temporal dynamics of sensory information transfer during embryogenesis."Journal of Neuroscience. (in press). (2004)
• [文献書誌] Sato, K. et al.: "Optical survey of neural circuit formation in the embryonic chick vagal pathway."European Journal of Neuroscience. (in press). (2004)
• [文献書誌] Miyakawa, N. et al.: "Keio University International Symposia for Life Sciences and Medicine Vol.11,The Neural Basis of Early Vision"Springer-Verlag. 5 (2003)
• [文献書誌] Sato, K. et al.: "Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function"The Humana Press Inc (in press). (2004)
• [文献書誌] Sato, K. et al.: "lntraoperative intrinsic optical imaging of neuronal activity from subdivisions of the human primary somatosensory cortex"Cerebral Cortex. 12. 269-280 (2002)
• [文献書誌] Sato, K. et al.: "Optical approaches to functional organization of glossopharyngeal and vagal motor nuclei in the embryonic chick hindbrain"Journal of Neurophysiology. 88. 383-393 (2002)
• [文献書誌] Sato, K. et al.: "Developmental organization of the glossopharyngeal nucleus in the embryonic chick brainstem slice as revealed by optical sectioning recording"Neuroscience Letters. 327. 157-160 (2002)
• [文献書誌] Sasaki, S. et al.: "Optical imaging of intrinsic signals induced by peripheral nerve stimulation in the in vivo rat spinal cord"NeuroImage. 17. 1240-1255 (2002)
• [文献書誌] Momose-Sato, Y. et al.: "Optical analysis of large-scale depolarization waves in the embryonic brain : a dual network of gap junctions and chemical synapses"Journal of Neurophysiology. 18. 600-614 (2003)
• [文献書誌] Momose-Sato, Y. et al.: "Depolarization waves in the embryonic CNS triggered by multiple sensory inputs and spontaneous activity : optical imaging with a voltage-sensitive dye"Neuroscience. 116. 406-423 (2003)
• [文献書誌] Miyakawa, N. et al.: "Optical analysis of acute spontaneous epileptiform discharges in the in vivo rat cerebral cortex"NeuroImage. (in press). (2003)
• [文献書誌] Kinoshita, M. et al.: "Multiple-site optical recording for characterization of functional synaptic organization of the optic tectum of rainbow trout"European Journal of Neuroscience. 16. 868-876 (2002)
• [文献書誌] Momose-Sato, Y. et al.: "Recent Research Developments in Membrane Biology"Research Signpost(in press). (2003)
• [文献書誌] Sato, K. et al.: "Light Scattering Imaging of Neural Tissue Function"The Humana Press Inc(in press). (2003)
• [文献書誌] Momose-Sato Y. et al.: "Optical approaches to embryonic development of neural function in the brainstem"Progress in Neurobiology. 63. 151-197 (2001)
• [文献書誌] Momose-Sato Y. et al.: "Spreading depolarization waves triggered by vagal stimulation in the embryonic chick brain : optical cvidence for intercellular communication in the developing CNS"Neuroscience. 102. 245-162 (2001)
• [文献書誌] Mochida H. et al.: "Multiple-site optical recording reveals embryonic organization of synaptic networks in the chick spinal cord"European Journal of Neuroscience. 13. 1547-1558 (2001)
• [文献書誌] Mochida H. et al.: "Optical imaging of spreading depolarization waves triggered by spinal nerve stimulation in the chick embryo : Possible mechunisms for large-scale coactivation of the CNS"European Journal of Neuroscience. 14. 809-820 (2001)
• [文献書誌] Yazawa I, et al.: "Devclopmental changes in trial-to-trial variations in whisker barrel responses studied using intrinsic optical imaging : Comparison between noral and de-whiskered rats"Joumal of Neurophysiology. 86. 392-401 (2001)
• [文献書誌] Sato K. et al.: "Optical responses to micro-application of GABA agonists in the embryonic chick brain stem"Neuro Report. 12. 95-98 (2001)
• [文献書誌] Mochida H. et al.: "Effects of anisomycin on LTP in the hippocampal CAl : Long-term analysis using optical recording"Neuro Report. 12. 987-991 (2001)
• [文献書誌] Satt K. et al.: "Intraoperative intrinsic optical imaging of neuronal activity from subdivisions of the human primary somatosensory cortex"Cerebral Cortex. 12. 269-280 (2002)
• [文献書誌] Sato K. et al.: "Optical approaches to functional organization of glossopharyngeal and vagal motor nuclci in the embry onick hindbrain"Journal of Neurophysiology. (in press). (2002)
• [文献書誌] 佐藤容子, 他: "自律神経系の機能的解析における光学的計測法の適用"自律神経. 38. 270-278 (2001)
• [文献書誌] 佐々木真一, 他: "末梢神経刺激により脊髄に誘発されたニューロン応答の内因性光学イメージング"脊髄電気診断学. 23. 38-42 (2001)
• [文献書誌] 佐藤勝重: "ブレインサイエンス・レビュー2001"医学書院. 292 (2001)