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バイオウルトラサウンド薬学:マイクロダイアフラム開発から覚醒脳への応用展開

研究課題

研究課題/領域番号 18K19794
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分61:人間情報学およびその関連分野
研究機関北海道大学

研究代表者

舘野 高  北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (00314401)

研究分担者 村上 修一  地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 主幹研究員 (70359420)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード機械的振動刺激 / 超音波 / 脳刺激法 / 機械的振動 / 脳刺激 / 神経活動
研究成果の概要

本課題では超音波周波数の機械的振動を用い,中枢神経系を低侵襲的に刺激するシステムを開発し,その機序解明を目的とした.低侵襲的な脳刺激系を独自に設計・製作した.特に,超音波振動を脳に局所的に印可する微小トランスデューサを製作した.また,モデル動物の生体脳に対して超音波刺激を行い,誘発応答を生理学的手法で記録した.さらに,経頭蓋刺激に市販トランスデューサを用い,モデル動物神経活動の誘発機序の解明を試みた.末梢神経系活動を誘発しない,局所的な経頭蓋刺激で中枢神経系に有効な物理刺激パラメータを探索した.超音波を用いた脳活動誘発の基盤技術として本課題の結果は今後医療応用への展開が可能であると思われる.

研究成果の学術的意義や社会的意義

副作用を伴う薬剤を投与せず,脳刺激で中枢神経系の活動を誘発・修飾して治療に役立てる手法が近年神経疾患の治療に試みられている.脳刺激法として経頭蓋の電気・磁気刺激法が従来利用されている.これらの方法では装置先端部を脳深部対象に刺入する必要があり,経頭蓋では刺激直下の脳表とその周辺に局在した組織のみにしか使用できない欠点があった.上記の問題点を解決するため,本課題では脳深部に刺激効果が到達可能な集束超音波を利用した脳刺激法の開発を試みた.中枢神経系の神経活動を体外機器から制御し,体内産生の神経伝達物質等の放出を修飾可能であり,本課題で構築された基盤技術は今後薬剤使用軽減の可能性をもつと考えられる.

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (26件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Developing a Frequency‐selective Piezoelectric Acoustic Sensor Sensitive to the Audible Frequency Range of Rodents2020

    • 著者名/発表者名
      Kuwano Takumi、Kaneta Hiroki、Nishikawa Jun、Satoh Kazuo、Murakami Shuichi、Tateno Takashi
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering

      巻: 15 号: 12 ページ: 1816-1823

    • DOI

      10.1002/tee.23260

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Analysis of Microcoil‐Induced Electric Fields and Evaluation of In vivo Magnetic Stimulation of the Mouse Brain2020

    • 著者名/発表者名
      Sugai Shunsuke、Higuchi Hisaya、Nishikawa Jun、Satoh Kazuo、Murakami Shuichi、Tateno Takashi
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering

      巻: 15 号: 11 ページ: 1672-1680

    • DOI

      10.1002/tee.23237

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Numerical Optimization of Waveguide Structure in an Ultrasound Brain Stimulation System Using the FDTD Method2020

    • 著者名/発表者名
      Toda Masato、Tateno Takashi
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering

      巻: 15 号: 8 ページ: 1246-1247

    • DOI

      10.1002/tee.23190

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A multichannel magnetic stimulation system using submillimeter-sized coils: system development and experimental application to rodent brain in vivo2019

    • 著者名/発表者名
      Minusa Shunsuke、Muramatsu Shuto、Osanai Hisayuki、Tateno Takashi
    • 雑誌名

      Journal of Neural Engineering

      巻: 16 号: 6 ページ: 066014-066014

    • DOI

      10.1088/1741-2552/ab3187

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sound- and current-driven laminar profiles and their application method mimicking acoustic responses in the mouse auditory cortex in vivo2019

    • 著者名/発表者名
      Shuto Muramatsu, MasatoToda, Jun Nishikawa, Takashi Tateno
    • 雑誌名

      Brain Research

      巻: 1721 ページ: 146312-146312

    • DOI

      10.1016/j.brainres.2019.146312

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] In vivo transcranial flavoprotein autofluorescence imaging of tonotopic map reorganization in the mouse auditory cortex with impaired auditory periphery2019

    • 著者名/発表者名
      Takasu Kengo、Tateno Takashi
    • 雑誌名

      Hearing Research

      巻: 377 ページ: 208-223

    • DOI

      10.1016/j.heares.2019.03.019

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Laminar responses in the auditory cortex using a multielectrode array substrate for simultaneous stimulation and recording2018

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Sota、Muramatsu Shuto、Nishikawa Jun、Satoh Kazuo、Murakami Shuichi、Tateno Takashi
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering

      巻: 14 号: 2 ページ: 303-311

    • DOI

      10.1002/tee.22810

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 聴覚神経活動動態の計測と制御―神経制御工学の展開―2018

    • 著者名/発表者名
      TATENO Takashi
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 58 号: 3 ページ: 139-143

    • DOI

      10.2142/biophys.58.139

    • NAID

      130007378610

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 超音波脳刺激に適した圧電性マイクロトランスデューサの一構成法 ー物理モデルの数値計算と構造サイズ間の近似式の提案ー2021

    • 著者名/発表者名
      古川凌, 舘野高
    • 学会等名
      電子情報通信学会 北海道支部 学生会 インターネットシンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 老化促進モデルマウス2系統(SAMP1とSAMR1) における難聴および時間処理障害の評価2020

    • 著者名/発表者名
      石坂駿人,舘野高, 西川淳
    • 学会等名
      第35回 老化促進モデルマウス(SAM)学会学術大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Noise-induced tinnitus causes changes of neural responses to gap-in-noise sound in the mouse auditory cortex2020

    • 著者名/発表者名
      Yuka Nakajima, Takashi Tateno, and Jun Nishikawa
    • 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] Construction of a multielectrode-array-based measuring system to elucidate the mechanism of ultrasound-driven neural activity in mouse cortical slice2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Kaneta and Takashi Tateno
    • 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] Development and evaluation of a transcranial magnetic stimulation method with millimeter-size coils applied to the mouse brain2020

    • 著者名/発表者名
      Hisaya Higuchi and Takashi Tateno
    • 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] Neural correlates of gap detection deficits related to tinnitus in the mouse auditory cortex2020

    • 著者名/発表者名
      Jun Nishikawa, Motoki Yanada, and Takashi Tateno
    • 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] Developing a transcranial ultrasound brain stimulation method to highly localized evoked response area in the mouse auditory cortex: numerical simulation and experimental evaluation2020

    • 著者名/発表者名
      Takashi Tateno, Masato Toda, Hiroki Kaneta, and Jun Nishikawa
    • 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] マウス脳に応用するミリサイズコイルの経頭蓋磁気刺激法の開発とその評価2020

    • 著者名/発表者名
      樋口 久也, 舘野 高
    • 学会等名
      令和2年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 騒音誘発性耳鳴りはマウス聴覚皮質においてgap-in-noise音に対する神経応答を変化させる2020

    • 著者名/発表者名
      中島 優花,舘野 高,西川 淳
    • 学会等名
      第30回 日本神経回路学会 全国大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 齧歯類可聴域に周波数選択性を有する圧電性音響センサの開発2020

    • 著者名/発表者名
      桑野 拓巳,西川 淳, 佐藤 和郎,村上 修一,舘野 高
    • 学会等名
      電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] In vivo神経活動を誘発するマイクロ磁気刺激法の基礎的検討2020

    • 著者名/発表者名
      須貝 俊介,西川 淳, 佐藤 和郎,村上 修一,舘野 高
    • 学会等名
      電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Developing an intracortical stimulation method mimicking the acoustic responses in sound information processing of the mouse auditory cortex in vivo2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Tateno, Shuto Muramatsu, Masato Toda, and Jun Nishikawa
    • 学会等名
      The 42st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society (日本神経科学会大会)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Salicylate-induced tinnitus suppresses neural responses evoked by gap onset in the mouse auditory cortex2019

    • 著者名/発表者名
      Motoki Yanada, Takashi Tateno and Jun Nishikawa
    • 学会等名
      The 42st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society (日本神経科学会大会)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] In vitro神経回路を局所的に活動誘発させる超音波刺激条件のFDTD法を用いた探索2019

    • 著者名/発表者名
      金田弘貴,舘野高
    • 学会等名
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] マウス聴覚皮質におけるgap誘発神経応答の耳鳴り状態依存的な変化2019

    • 著者名/発表者名
      簗田元揮,中島優花,舘野高,西川淳
    • 学会等名
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] In vivo ラット聴覚皮質の時間周波数受容野における多点電極刺激に誘発され可塑的変化2019

    • 著者名/発表者名
      菊池大夢,舘野高,西川淳
    • 学会等名
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 齧歯類動物可聴域に周波数選択的を有する圧電性音響センサの開発とその特性評価2019

    • 著者名/発表者名
      桑野拓巳,西川淳,舘野高
    • 学会等名
      電子情報通信学会ニューロコンピューティング研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 電子情報通信学会,ニューロコンピューティング研究会2019

    • 著者名/発表者名
      須貝俊介,西川淳,舘野高
    • 学会等名
      マイクロ磁気刺激におけるコイル誘導電場の数値解析と神経誘発応答に基づく評価
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Repetitive recordings of sound-driven responses in individual mice for a hearing-impaired model using transcranial flavoprotein autofluorescence imaging in vivo2018

    • 著者名/発表者名
      Kengo Takasu and Takashi Tateno
    • 学会等名
      The 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society (2018年 日本神経科学会大会)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Layer-dependent changes of the responses induced by electric microstimulation in the mouse auditory cortex in vivo.2018

    • 著者名/発表者名
      Shuto Muramatsu and Takashi Tateno
    • 学会等名
      The 41st Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society (2018年 日本神経科学会大会)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 聴覚損傷モデルマウスにおける経頭蓋フラビンタンパク質自家蛍光イメージングを用いた聴覚皮質音誘発応答の経時的計測2018

    • 著者名/発表者名
      鷹巣健吾,舘野高
    • 学会等名
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] マウス聴覚皮質第 4 層における活動依存的な長期抑圧の時空間的な特徴解析: NMDA and GABAA受容体の依存性2018

    • 著者名/発表者名
      久米航太、舘野高
    • 学会等名
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] In vivoマウス聴覚皮質の層選択的微小電気刺激に誘発される皮質神経活動の層依存的特徴2018

    • 著者名/発表者名
      村松修斗,舘野高
    • 学会等名
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 超音波脳刺激システムにおけるFDTD法を用いたwaveguide形状の最適化2018

    • 著者名/発表者名
      戸田聖人,舘野高
    • 学会等名
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 聴覚系における集団符号化の簡易計算モデル ―2つの目的関数における最適受容野の比較―2018

    • 著者名/発表者名
      舘野高
    • 学会等名
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 音響驚愕反射を用いた耳鳴り評価法における音刺激パラメータ依存性 - 背景雑音に埋め込まれるギャップのfade-inとfade-outの効果 -2018

    • 著者名/発表者名
      簗田元揮,舘野高,西川淳
    • 学会等名
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [図書] 生き物と音の事典2019

    • 著者名/発表者名
      生物音響学会 (著者多数,その内で3ページ分担)
    • 総ページ数
      464
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      4254171676
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [産業財産権] 超音波導波路装置、聴覚情報伝達装置、数値計算方法および超音波照射方法2020

    • 発明者名
      舘野高,戸田聖人
    • 権利者名
      北海道大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-151602
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2018-07-25   更新日: 2022-01-27  

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