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磁気薬学の創発に向けた高精度な局所脳刺激法の開発:スパースモデリング法の応用展開

研究課題

研究課題/領域番号 19H04178
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分61040:ソフトコンピューティング関連
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 神保 泰彦  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20372401)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2020年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2019年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
キーワード磁気刺激 / 脳活動
研究開始時の研究の概要

本研究課題では,低侵襲的な経頭蓋の磁気刺激法を開発するため,空間局在性に優れ,脳活動を誘発するために十分な誘導電場の強度をもつ多配列のマイクロコイル装置を開発する.また,モデル動物を用い,その磁気刺激法における神経活動の誘発メカニズムを解明し,装置の有効性を実験的に評価する.これにより,脳疾患の効果的な治療に応用が可能な装置のプロトタイプとそれを用いた治療プロトコルを開発し,磁気薬学に向けた基盤技術を確立する.

研究成果の概要

本研究では低侵襲的に中枢神経系を局所的に磁気刺激して,体内臓器や末梢系効果器に神経信号を正確に送信し,体内合成物質を効果的に放出させる新技術の開発を目指した.そのため,モデル動物の実験用として従来の磁気刺激コイルよりも小型で高効率のコイルを開発した.特に,刺激デバイスとして,ミリサイズからマイクロサイズのコイルを微細加工技術など利用して製作した.また,それらのコイルを用いた磁気刺激で脳内誘発応答の有無を動物実験によって評価した.その結果,当初の設計に沿った磁気刺激デバイスを得ることが可能となった.本研究の結果は,将来的に空間局在性に優れたヒトへの磁気刺激装置の応用開発に寄与するものと思われる.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究課題の最終的な狙いは,脳疾患の治療や体内合成物質を効果的に放出させる脳刺激法に関する新技術の開発である.本研究課題の実施によって,空間的な刺激局所性を実現するコイルの製作に目処が立った.今後は,さらに空間局在性を向上させると共に,深部到達性を向上させる磁気刺激デバイス構成の開発を行いたいと考えている.将来的には,体内生産物質を効果的に利用する新分野の創成に寄与することが目標である.

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] A Multielectrode Array-Based Recording System for Analyzing Ultrasound-Driven Neural Responses in Brain Slices in vitro2022

    • 著者名/発表者名
      Furukawa Ryo、Kaneta Hiroki、Tateno Takashi
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: 16

    • DOI

      10.3389/fnins.2022.824142

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of a Piezoelectric Micromachined Ultrasound Transducer using Microfabrication Technology for in Vitro Neuromodulation2022

    • 著者名/発表者名
      Furukawa Ryo、Tateno Takashi
    • 雑誌名

      Proceedings of the 15th International Joint Conference on Biomedical Engineering Systems and Technologies - BIODEVICES

      巻: 1 ページ: 196-203

    • DOI

      10.5220/0010938500003123

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterizing Millimeter‐Sized Coils for Transcranial Magnetic Stimulation of Small Animals: Comparison of Magnetic Cores2021

    • 著者名/発表者名
      Higuchi Hisaya、Furukawa Ryo、Tateno Takashi
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering

      巻: 16 号: 7 ページ: 1035-1037

    • DOI

      10.1002/tee.23387

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [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
      2019 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
      2019 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
      2019 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 実績報告書
    • 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 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Development of a Piezoelectric Micromachined Ultrasound Transducer using Microfabrication Technology for in Vitro Neuromodulation2022

    • 著者名/発表者名
      Ryo Furukawa, and Takashi Tateno
    • 学会等名
      15th International Joint Conference on Biomedical Engineering Systems and Technologies (BIOSTEC 2022)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 脳内電場分布計算に基づく局所パルス磁気刺激のマウス大脳皮質誘発応答特性 -効果的な経頭蓋可塑性誘導法の開発に向けて-2022

    • 著者名/発表者名
      吉川隆洋,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
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Development of a piezoelectric micromachined ultrasound transducer using microfabrication technology -Aiming to realize the efficient induction of responses in local neural networks2021

    • 著者名/発表者名
      Ryo Furukawa, Takashi Tateno
    • 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
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 微細加工技術による圧電型マイクロ超音波トランスデューサの開発-In vitro超音波神経刺激実験への応用-2021

    • 著者名/発表者名
      古川凌,舘野高
    • 学会等名
      電気・情報関係学会北海道支部連合大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 老化促進モデルマウスにおける難聴および時間処理障害の評価:聴性脳幹反応および音響驚愕反射ギャッププレパルス抑制を用いた研究2021

    • 著者名/発表者名
      石坂 駿人,舘野 高,西川 淳
    • 学会等名
      老化促進モデルマウス(SAM)学会学術大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of hearing loss and temporal processing deficits in senescence-accelerated mice: a study using auditory brainstem response and gap pre-pulse inhibition of acoustic startle reflex2021

    • 著者名/発表者名
      Hayato Ishizaka, Takashi Tateno and Jun Nishikawa
    • 学会等名
      Neuroscience 2021 (日本神経科学学会,the 44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Spatio-temporal analysis of cortical response properties induced by the magnetic stimulation of millimeter-sized coils to mouse brain in vivo2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Tateno
    • 学会等名
      Neuroscience 2021 (日本神経科学学会,the 44th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [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 -物理モデルの数値計算と構造サイズ間の近似式の提案-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] 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
      日本神経回路学会 全国大会 (JNNS2020)
    • 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
      2019 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
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2019 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
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2019 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
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2019 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
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2019 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
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2019 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
      電気・情報関係学会北海道支部連合大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [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
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [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 42th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [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 実績報告書
  • [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 実績報告書
  • [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 実績報告書
  • [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 実績報告書
  • [学会発表] 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2019

    • 著者名/発表者名
      須貝俊介,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2019

    • 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 実績報告書
  • [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2019

    • 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 実績報告書
  • [図書] 生き物と音の事典  (分担3ページのみ)2019

    • 著者名/発表者名
      生物音響学会
    • 総ページ数
      464
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254171679
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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