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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

研究課題

研究課題/領域番号 18J21644
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 知覚情報処理
研究機関同志社大学

研究代表者

玉井 湧太  同志社大学, 生命医科学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード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
研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (30件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Spontaneous learning of temporal structure of sound sequence in Mongolian gerbil (<i>Meriones unguiculatus</i>)2020

    • 著者名/発表者名
      Tamai Yuta、Miyajima Kanae、Kobayasi Kohta I.
    • 雑誌名

      Acoustical Science and Technology

      巻: 41 号: 1 ページ: 386-387

    • DOI

      10.1250/ast.41.386

    • NAID

      130007782720

    • ISSN
      0369-4232, 1346-3969, 1347-5177
    • 年月日
      2020-01-01
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Auditory cortical activity elicited by infrared laser irradiation from the outer ear in Mongolian gerbils.2020

    • 著者名/発表者名
      Tamai Y, Ito Y, Furuyama T, Horinouchi K, Murashima N, Michimoto I, Hishida R, Shibuki K, Hiryu S, Kobayasi KI
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 15 号: 10 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0240227

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Speech Encoding Scheme for The Extra-cochlear Laser Stimulation System2020

    • 著者名/発表者名
      Tamai Yuta、Matsumoto Kazuyuki、Ito Airi、Hiryu Shizuko、Kobayasi Kohta I.
    • 雑誌名

      Proceedings of the IEEE Life Sciences and Technologies

      巻: 2 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/lifetech48969.2020.1570617446

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Infrared Laser Stimulation of Cochlear Nerve through a Tympanic Membrane2019

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tamai, Kensuke Horinouchi, Shizuko Hiryu, and Kohta I. Kobayasi
    • 雑誌名

      Conference Proceedings of IEEE Life Science and Technology

      巻: 1 ページ: 54-57

    • DOI

      10.1109/lifetech.2019.8884023

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Auditory-induced visual illusions in rodents measured by spontaneous behavioural response2019

    • 著者名/発表者名
      Ito Yuki、Sato Ryo、Tamai Yuta、Hiryu Shizuko、Uekita Tomoko、Kobayasi Kohta I.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1038/s41598-019-55664-z

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Speech Encoding Scheme for the Extra-Cochlear Pulsed Electrical Stimulation System2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tamai, Kazuyuki Matsumoto, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • 雑誌名

      Open Journal of Acoustics

      巻: 08 号: 03 ページ: 52-60

    • DOI

      10.4236/oja.2018.83005

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Does laser irradiation of auditory nerves create auditory perception?2020

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tamai, Miku Uenaka, Yuki Ito, Koji Toda, Takafumi Furuyama, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • 学会等名
      第43回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Let there be sound: auditory perception evoked by trans-tympanic laser stimulation in Mongolian gerbils2020

    • 著者名/発表者名
      Miku Uenaka, Yuta Tamai, Yuki Ito, Koji Toda, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • 学会等名
      第80回日本動物心理学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Acoustic communication between human and rodents2020

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Shigeyama, Tomoki Osuka, Yuta Tamai, Yuki Ito, Kohta I. Kobayasi
    • 学会等名
      第80回日本動物心理学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Developing new auditory prosthesis: auditory perception evoked by trans-tympanic laser stimulation in Mongolian gerbil2020

    • 著者名/発表者名
      Miku Uenaka, Yuta Tamai, Yuki Ito, Koji Toda, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • 学会等名
      第42回日本比較生理生化学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      岡本彩, 上中望生, 玉井湧太
    • 学会等名
      第23回 関西支部 若手研究者交流研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      重山尭史, 玉井湧太, 松本和之
    • 学会等名
      第23回 関西支部 若手研究者交流研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Cortical activity induced by laser stimulation of auditory nerves2019

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tamai, Yuki Ito, Takafumi Furuyama, Kensuke Horinouchi, Nagomi Murashima, Isuki Michimoto, Shizuko Hiryu, and Kohta I. Kobayasi
    • 学会等名
      Society for neuroscience
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Laser stimulation of auditory nerves through a tympanic membrane2019

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tamai, Yuki Ito, Takafumi Furuyama, Kensuke Horinouchi, Nagomi Murashima, Isuki Michimoto, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • 学会等名
      10th IBRO World Congress of Neuroscience
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Infrared laser hearing aid: Encoding method for creating linguistic and paralinguistic information2019

    • 著者名/発表者名
      Haruka Yamasato, Yuta Tamai, Kazuyuki Matsumoto, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • 学会等名
      10th IBRO World Congress of Neuroscience
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      玉井湧太
    • 学会等名
      産総研 ニューロリハビリテーション シンポジウム 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Novel auditory prothesis with infrared laser: Flavoprotein fluorescence imaging revealed auditory cortical activity induced by trans-tympanic membrane laser irradiation to cochlear nerves2019

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tamai, Yuki Ito, Takafumi Furuyama, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • 学会等名
      第42回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Laser induced auditory perception in Mongolian gerbil (Meriones unguiculatus)2019

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tamai, Miku Uenaka, Yuki Ito, Takafumi Furuyama, Kensuke Horinouchi, Nagomi Murashima, Isuki Michimoto, Koji Toda, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • 学会等名
      The 41th Annual Meeting of The Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 赤外光レーザーを用いた新しい人工内耳の開発2019

    • 著者名/発表者名
      Miku Uenaka, Yuta tamai, Yuki Ito, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • 学会等名
      次世代脳プロジェクト
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] スナネズミの超音波コミュニケーション音声の発達と母子関係の変化2019

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      日本動物行動学会第38回大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Effect of acoustical characteristics of pup USV on maternal behavior in Mongolian gerbil2019

    • 著者名/発表者名
      Haruka Suzuki, Yuta Tamai, Yuki Ito, Ayane Clara Oura, Risa Tanaka, Shizuko Hiryu, and Kohta I. Kobayasi
    • 学会等名
      Annual meeting of the Japanese society for animal psychology
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 新奇物体探索課題によるスナネズミの内発的な聴覚知覚メカニズムの解明2019

    • 著者名/発表者名
      玉井湧太, 村井凌, 宮嶌華菜絵, 小林耕太
    • 学会等名
      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
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A novel noninvasive auditory prosthesis: Application of infrared laser stimulation to a hearing aid2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tamai, Kensuke Horihouchi, Yuki Ito, Kazuyuki Matsumoto, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • 学会等名
      第41回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Decay time of untrained auditory memory evaluated by the novel sound-object recognition procedure2018

    • 著者名/発表者名
      Ryo Murai, Yuta Tamai, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • 学会等名
      第41回日本神経科学大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] げっ歯類の音列文節化能力の検討2018

    • 著者名/発表者名
      玉井湧太, 宮嶌華菜絵, 野口峻, 飛龍志津子, 小林耕太
    • 学会等名
      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
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 赤外光レーザーを用いた次世代人工内耳の開発:経鼓膜刺激による聴覚知覚の再建2018

    • 著者名/発表者名
      玉井湧太, 堀之内健介, 飛龍志津子, 小林耕太
    • 学会等名
      音響学会 秋季研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 赤外光レーザー補聴器の開発:シミュレーション音を用いた音声コーディング方法の検討2018

    • 著者名/発表者名
      松本和之、玉井湧太, 堀之内健介, 飛龍志津子, 小林耕太
    • 学会等名
      音響学会 秋季研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 齧歯目動物の伴侶動物への拡張2018

    • 著者名/発表者名
      重山尭史、玉井湧太, 伊藤優樹, 小林耕太
    • 学会等名
      けいはんな研究シーズ発表会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 内発的な聴覚知覚を生み出す脳機能の解明2018

    • 著者名/発表者名
      玉井湧太, 村井凌, 宮嶌華菜絵, 小林耕太
    • 学会等名
      日本動物行動学会第37回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] スナネズミの超音波コミュニケーションの発達が母子間インタラクションに与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      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
    • 学会等名
      日本動物行動学会第37回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      玉井湧太, 伊藤優樹, 飛龍志津子, 小林耕太, 古山貴文
    • 学会等名
      多感覚研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Auditory prosthesis with infrared laser2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tamai, Takafumi Furuyama, Yuki Ito, Kensuke Horinouchi, Kazuyuki Matsumoto, Shizuko Hiryu, Kohta I. kobayasi
    • 学会等名
      The 40th Annual Meeting of The Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A novel behavioral method for investigating neural mechanism of natural auditory perception: Application of novel object recognition procedure to auditory research2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tamai, Ryo Murai, Kanae Miyajima, Shizuko Hiryu, Kohta I. kobayasi
    • 学会等名
      次世代脳プロジェクト2018年度冬のシンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A novel hearing aid for compensating sensorial hearing loss: Auditory brainstem responses evoked by infrared laser stimulation2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tamai, Kensuke Horinouchi, Yuki Ito, Kazuyuki Matsumoto, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi
    • 学会等名
      The 11th Federation of European Neuroscience Societies
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Auditory prosthesis with an infrared laser: Replication of acoustic intensity information2018

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tamai, Yuki Ito, Kensuke Horinouchi, Kazuyuki Matsumoto, Shizuko Hiryu, Kohta I. Kobayasi, Takafumi Furuyama
    • 学会等名
      Society for Neuroscience
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      玉井湧太
    • 学会等名
      ”拡大”若手の会「数学-生物学領域横断ワークショップ」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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