人工網膜による視機能再建-視細胞変性にともなう網膜神経回路のリモデリングへの対応

• 研究課題/領域番号: 20300187
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: リハビリテーション科学・福祉工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 澤井 元 大阪大学, 大学院・医学系研究科, 准教授 (20202103)
• 研究分担者: 三好 智満 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (70314309) ; 八木 哲也 大阪大学, 工学系研究科, 教授 (50183976) ; 山下 勝幸 奈良県立医科大学, 医学系研究科, 教授 (20183121)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円); 2011年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2010年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2009年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2008年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
• キーワード: 人工感覚器 / 人工視覚 / 電気刺激 / 網膜 / 変性 / 可塑性 / 再生医学 / 視覚 / 視細胞 / 人工網膜 / 電機刺激 / 視細胞変性 / 神経節細胞 / 膜電位 / イメージング / 樹状突起

研究概要

近年、視細胞変性後の視機能回復手段として人工網膜の開発・研究が進んでいる。人工網膜では残存網膜神経回路が正常に機能することを前提にしているが、視細胞変性にともなって大規模な網膜内回路のリモデリングが生じることが報告されている。そこで本研究では、我々が開発した脈絡膜上-経網膜刺激型の人工網膜を、このリモデリングに対応させるため、視細胞変性後の網膜神経回路の機能的特性がどのように変化するか、視細胞変性進行中の網膜への電気刺激が残存する網膜神経回路の機能に対してどのような影響を及ぼすのか明らかにすることを目的とした。視細胞変性モデル動物である RCS ラットを用いて、視細胞変性の過程で網膜残存機能がどのように変化するかを電気生理学的計測法および光学計測法により解析した。さらに、網膜刺激に対する網膜の細胞構築や神経節細胞の形態の変化を調べた。その結果、電気刺激に対する網膜応答特性、即ち、上丘における誘発電位の振幅、閾値、潜時や皮質視覚野におけるVSD 応答の広がりは少なくとも検討期間中ほとんど変化しなかった。この結果は、我々が現在進めている脈絡膜上-経網膜刺激型の人工網膜の開発において、失明後のリモデリングが大きな障害となる可能性は低いことが判った。同時に人工網膜の使用が残存回路の変性過程を加速させる可能性も極めて低いことが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Optical imaging of retina in response to grating stimuli in cats (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirohara Y, Mihashi T, Kanda H, Morimoto T, Miyoshi T, Wolffsohn JS, Fujikado T
  • 雑誌名: Exp Eye Res 巻: 109 ページ: 1-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electric axon guidance in embryonic retina: Galvanotropism revisited (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Y.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 431
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of M-Sequences from Spike Sequence in Neuronal Networks (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishitani Y, Hosokawa C, Mizuno-Matsumoto Y, Miyoshi M, Sawai H, Tamura S
  • 雑誌名: Computational Intelligence and Neuroscience 巻: 2012 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1155/2012/862579
  • 査読あり
• [雑誌論文] Image sensor system with bio-inspired efficient coding and adaptation (2012)
  • 著者名/発表者名: Okuno H, Yagi T
  • 雑誌名: IEEE Transactions on biomedical circuits and systems 巻: 6 ページ: 375-384
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo optical measurements of cortical response evoked by electrical stimulation in the mouse visual cortex (2010)
  • 著者名/発表者名: Okazaki Y, Sawai H, Yagi T
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 巻: Vol.109 ページ: 119-122
  • NAID: 110008000925
• [雑誌論文] Synchronization of Ca2+ oscillations: Is gap junctional coupling sufficient? (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamashita M
  • 雑誌名: FEBS Journal 巻: VOL.277 ページ: 277-277
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchronization of Ca2+ oscillations: a capacitative (AC) electrical coupling model in neuroepithelium (2010)
  • 著者名/発表者名: Yamashita M.
  • 雑誌名: FEBS Journal 巻: VOL. 277 ページ: 293-299
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo optical measurements of cortical response evoked by electrical stimulation in the mouse visual cortex (2010)
  • 著者名/発表者名: Okazaki Y, Sawai H, Yagi T
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 109 ページ: 119-122
  • NAID: 110008000925
• [雑誌論文] Synchronization of Ca^<2+> oscillations : Is gap junctional coupling sufficient? (2010)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Yamashita
  • 雑誌名: FEBS Journal VOL.277 ページ: 277-277
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchronization of Ca^<2+> oscillations : a capacitative(AC)electrical coupling model in neuroepithelium. (2010)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Yamashita
  • 雑誌名: FEBS Journal VOL.277 ページ: 293-299
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimal parameters of transcorneal electrical stimulation (TES) to be neuroprotective of axotomized RGCs in adult rats (2009)
  • 著者名/発表者名: Morimoto T, Miyoshi T, Sawai H, Fujikado T
  • 雑誌名: Exp Eye Res 巻: Vol.90 ページ: 285-291
  • 査読あり
• [雑誌論文] Axonal regeneration induced by repetitive electrical stimulation of crushed optic nerve in adult rats (2009)
  • 著者名/発表者名: Tagami Y, Kurimoto T, Miyoshi T, Morimoto T, Sawai H, Mimura O
  • 雑誌名: Jpn J Ophthalmol. 巻: Vol.53 ページ: 257-66
  • NAID: 10025150141
• [雑誌論文] Optimal parameters of transcorneal electrical stimulation (TES) to be neuroprotective of axotomized RGCs in adult rats. (2009)
  • 著者名/発表者名: Morimoto T, Miyoshi T, Sawai H, Fujikado T.
  • 雑誌名: Exp Eye Res. 90 ページ: 285-291
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimal parameters of transcorneal electrical stimulation(TES)to be neuroprotective of axotomized RGCs in adult rats. (2009)
  • 著者名/発表者名: Morimoto T, Miyoshi T, Sawai H, Fujikado T.
  • 雑誌名: Exp Eye Res 90 ページ: 285-291
  • 査読あり
• [雑誌論文] Axonal regeneration induced by repetitive electrical stimulation of crushed optic nerve in adult rats. (2009)
  • 著者名/発表者名: Tagami Y, Kurimoto T, Miyoshi T, Morimoto T, Sawai H, Mimura O.
  • 雑誌名: Jpn J Ophthalmol. 53 ページ: 257-66
  • NAID: 10025150141
  • 査読あり
• [雑誌論文] Voltage fluctuations of calcium store in retinal neuroepithelium. (2009)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Yamashita
  • 雑誌名: Journal of Physiological Sciences VOL.59 ページ: 149-149
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchronization of calcium oscillation between retinal neuroepithelial cells. (2009)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Yamashita
  • 雑誌名: Neuroscience Research VOL.65
  • 査読あり
• [雑誌論文] a dystroglycan ligand, is essential for photoreceptor ribbon synapse formation. (2008)
  • 著者名/発表者名: Sato S, Omori Y, Katoh K, Kondo M, Kanagawa M, Miyata K, Funabiki K, Koyasu T, Kajimura N, Miyoshi T, Sawai H, Kobayashi K, Tani A, Toda T, Usukura J, Tano Y, Fujikado T, Furukawa T. Pikachurin
  • 雑誌名: Nat Neurosci. 巻: Vol.11 ページ: 923-31
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parameters of optic nerve electrical stimulation affecting neuroprotection of axotomized retinal ganglion cells in adult rats (2008)
  • 著者名/発表者名: Okazaki Y, Morimoto T, Sawai H.
  • 雑誌名: Neurosci Res. 巻: Vol.61 ページ: 129-35
• [雑誌論文] 人工感覚器-最近の進歩 (2008)
  • 著者名/発表者名: 澤井元、三好智満、不二門尚、田野保雄
  • 雑誌名: 人工臓器 巻: Vol.37 ページ: 163-167
• [雑誌論文] Neuromorphic VLSI vision system for real-time texture segregation. (2008)
  • 著者名/発表者名: Shimonomura, K., Yagi, T
  • 雑誌名: NEURAL NETWORKS 巻: Vol.21 ページ: 1197-1204
  • 査読あり
• [雑誌論文] A visually guided collision warning system with a neuromorphic architecture. (2008)
  • 著者名/発表者名: Okuno, H., Yagi, T.
  • 雑誌名: NEURAL NETWORKS 巻: Vol.21 ページ: 1431-1438
• [雑誌論文] Inhibitory synapses are responsible for the signal propagation properties in the visual cortical circuit (2008)
  • 著者名/発表者名: Osanai, M., Tanaka, S., Takeno, Y., Yagi, T
  • 雑誌名: NEUROSCIENCE RESEARCH 巻: Vol.61
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-Time Emulation of Neural Images in the Outer Retinal Circuit. (2008)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, J., Yagi, T.
  • 雑誌名: JOURNAL OF PHYSIOLOGICAL SCIENCES 巻: Vol.58 ページ: 507-514
  • NAID: 10027711042
  • 査読あり
• [雑誌論文] BIFURCATION-BASED MODEL CONSTRUCTION OF A PYRAMIDAL CELL OF THE PRIMARY VISUAL CORTEX. (2008)
  • 著者名/発表者名: Ishiki, T., Tanaka, S., Osanai, M., Doi, S., Kumagai, S., Yagi, T.
  • 雑誌名: INTERNATIONAL JOURNAL OF INNOVATIVE COMPUTING INFORMATION AND CONTROL 巻: Vol.5 ページ: 831-845
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mixed analog-digital vision sensor for detecting objects approaching on a collision course. (2008)
  • 著者名/発表者名: Okuno, H., Yagi, T.
  • 雑誌名: ROBOTICS AND AUTONOMOUS SYSTEMS 巻: Vol.57 ページ: 508-516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchronous Ca2+ oscillation emerges from voltage fluctuations of Ca2+ stores (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamashita M
  • 雑誌名: FEBS JOURNAL 巻: Vol.275 ページ: 4022-4032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchronization of Ca2+ oscillation by fluctuations in the membrane potential of Ca2+ stores. (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamashita M.
  • 雑誌名: NEUROSCIENCE RESEARCH 巻: Vol.61
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchronous Ca^<2+> oscillation emerges from voltage fluctuations of Ca^<2+> stores. (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamashita M.
  • 雑誌名: FEBS J. 275 ページ: 4022-4032
  • 査読あり
• [雑誌論文] 人工感覚器-最近の進歩 (2008)
  • 著者名/発表者名: 澤井元、三好智満、不二門尚、田野保雄
  • 雑誌名: 人工臓器 37 ページ: 163-167
• [雑誌論文] Pikachurin, a dystroglycan ligand, is essential for photoreceptor ribbon synapse formation (2008)
  • 著者名/発表者名: Sato S, Omori Y, Katoh K, Kondo M, Kanagawa M, Miyata K, Funabiki K, Koyasu T, Kajimura N, Miyoshi T, Sawai H, Kobayashi K, Tani A, Toda T, Usukura J, Tano Y, Fujikado, T, Furukawa T.
  • 雑誌名: Nat Neurosci. 11 ページ: 923-31
  • 査読あり
• [雑誌論文] Parameters of optic nerve electrical stimulation affecting neuroprotection of axotomized retinal ganglion cells in adult rats (2008)
  • 著者名/発表者名: Okazaki Y, Morimoto T, Sawai H.
  • 雑誌名: Neurosci Res. 61 ページ: 129-35
  • 査読あり
• [雑誌論文] 人工感覚器―最近の進歩 (2008)
  • 著者名/発表者名: 澤井元、三好智満、不二門尚、田野保雄
  • 雑誌名: 人工臓器 37 ページ: 163-167
• [雑誌論文] Neuromorphic VLSI vision system for real-time texture segregation (2008)
  • 著者名/発表者名: Shimonomura, K., Yagi, T
  • 雑誌名: NEURAL NETWORKS 21 ページ: 1197-1204
  • 査読あり
• [雑誌論文] A visually guided collision warning system with a neuromorphic architecture (2008)
  • 著者名/発表者名: Okuno, H., Yagi, T.
  • 雑誌名: NEURAL NETWORKS 21 ページ: 1431-1438
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inhibitory synapses are responsible for the signal propagation properties in the visual cortical circuit (2008)
  • 著者名/発表者名: Osanai, M., Tanaka, S., Takeno, Y., Yagi, T.
  • 雑誌名: NEUROSCIENCE RESEARCH 61
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-Time Emulation of Neural Images in the Outer Retinal Circuit (2008)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, J., Yagi, T.
  • 雑誌名: JOURNAL OF PHYSIOLOGICAL SCIENCES 58 ページ: 507-514
  • NAID: 10027711042
  • 査読あり
• [雑誌論文] BIFURCATION-BASED MODEL CONSTRUCTION OF A PYRAMIDAL CELL OF THE PRIMARY VISUAL CORTEX (2008)
  • 著者名/発表者名: Ishiki, T., Tanaka, S., Osanai, M., Doi, S., Kumagai, S., Yagi, T.
  • 雑誌名: NTERNATIONAL JOURNAL OF INNOVATIVE COMPUTING INFORMATION AND CONTROL 5 ページ: 831-845
  • 査読あり
• [雑誌論文] mixed analog-digital vision sensor for detecting objects approaching on a collision course (2008)
  • 著者名/発表者名: Okuno, H., Yagi, T.
  • 雑誌名: ROBOTICS AND AUTONOMOUS SYSTEMS 57 ページ: 508-516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchronous Ca2+ oscillation emerges from voltage fluctuations of Ca2+ stores (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamashita M
  • 雑誌名: FEBS JOURNAL 275 ページ: 4022-4032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchronization of Ca2+ oscillation by fluctuations in the membrane potential of Ca2+ stores (2008)
  • 著者名/発表者名: Yamashita M
  • 雑誌名: NEUROSCIENCE RESEARCH 61
  • 査読あり
• [学会発表] Voltage sensitive-dye imaging of visual cortical response to suprachoroidaltransretinalelectrical stimulation in the retinal degenerated rat (2013)
  • 著者名/発表者名: Sawai H
  • 学会等名: 第90回日本生理学会大会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Voltage sensitive!dye imaging of visual cortical response to suprachoroidal!transretinal electrical stimulation in the retinal degenerated rat (2013)
  • 著者名/発表者名: Hajime Sawai
  • 学会等名: 第90回日本生理学会大会
  • 発表場所: 東京都江戸川区船堀
• [学会発表] The retinal intrinsic response of suprachoroidal!transretinal stimulation(STS)for retinal prosthesis: relationship between threshold current and features of implantation surgery (2013)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi T, Kanda H, Morimoto T, Hirohara Y, Mihashi T, Fujikado T
  • 学会等名: 第90回日本生理学会大会
  • 発表場所: 東京都江戸川区船堀
• [学会発表] Extracellular voltage gradients guide axons of retinal ganglion cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Yamashita
  • 学会等名: 第90回日本生理学会大会
  • 発表場所: 東京都江戸川区船堀
• [学会発表] マウス第一次視覚皮質回路における信号伝播のダイナミクスについて (2012)
  • 著者名/発表者名: 小津野 将, 林田 祐樹, 島田 義規, 八木 哲也
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市
• [学会発表] 視覚野刺激型人工視覚の評価のための実時間光覚シミュレータ (2012)
  • 著者名/発表者名: 奥野 弘嗣, 松岡 優, Tamas Fehervari, 亀田 成司, 八木 哲也
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市
• [学会発表] ネコ外側膝状体ニューロンの楕円形受容野を形成する網膜-外側膝状体の機能的結合 (2012)
  • 著者名/発表者名: 末松 尚史, 内藤 智之, 三好 智満, 澤井 元, 佐藤 宏道
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市
• [学会発表] 山下 勝幸 (2012)
  • 著者名/発表者名: 細胞外電位勾配による軸索ガイダンス
  • 学会等名: 第35回日本神経科学大会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市
• [学会発表] 網膜神経上皮細胞間におけるカルシウムオシレーションの同期化メカニズム (2009)
  • 著者名/発表者名: 山下勝幸
  • 学会等名: 第32回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋市
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] 網膜神経上皮細胞間におけるカルシウムオシレーションの同期化メカニズム (2009)
  • 著者名/発表者名: 山下勝幸
  • 学会等名: 第32回日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(名古屋市)
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] Optimal parameters of transcorneal electrical stimulation for neuroprotection of axotomized retinal ganglion cells in adult rats. (2009)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi T, Morimoto T, Sawai H, Fujikado T, Tano Y
  • 学会等名: International Congress of Physiological Science
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2009-07-30
• [学会発表] Optimal paramenters of transcorneal electrical stimulation for neuropro tection of axtomized retinal ganglion cells in adult rats (2009)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi T, Morimoto T, Sawai H, Fujikado T, Tano Y.
  • 学会等名: International Congress of Physiological Scinece
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2009-07-30
• [学会発表] Voltage fluctuations of calcium store in retinal neuroepithelium. (2009)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Yamashita
  • 学会等名: 36^<th> International Congress of Physiological Sciences
  • 発表場所: 国立京都国際会館(京都市)
  • 年月日: 2009-07-28
• [学会発表] 脈絡膜上-経網膜刺激型人工視覚の空間分解能の評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 澤井元、岡崎祐香、八木哲也
  • 学会等名: 第24回神経組織の成長・再生・移植研究会
  • 発表場所: 群馬
  • 年月日: 2009-06-21
• [学会発表] 脈絡膜上-経網膜刺激型人工視覚の空間公解能の評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 澤井元、岡崎祐香、八木哲也
  • 学会等名: 第24回神経組織の成長・再生・移植研究会
  • 発表場所: 群馬
  • 年月日: 2009-06-21
• [学会発表] 発生初期網膜の電気生理学的解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山下勝幸
  • 学会等名: 第114回 日本解剖学会総会
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] Analog VLSI vision device for cortical implants. (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Yagi, K. Shimonomura, Y. Okazaki, H. Okuno, M. Osanai, and H. Sawai
  • 学会等名: The 36thInternational Congress of Physiological Sciences
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] マウス一次視覚野内電気刺激による皮質神経活動の in vivo 膜電位感受性色素イメージング (2009)
  • 著者名/発表者名: 岡崎 祐香, 八木哲也
  • 学会等名: 第24回生体・生理工学シンポジウム
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] Voltage fluctuations of calcium store in retinal neuroepithelium. (2009)
  • 著者名/発表者名: Yamashita M.
  • 学会等名: The 36th International Congress of Physiological Sciences
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] Analog VLSI vision device for cortical implants (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yagi, K.Shimonomura, Y.Okazaki, H.Okuno, M.Osanai, S.Hajime,
  • 学会等名: the 36th international congress of physiological sciences
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] マウス一次視覚野内電気刺激による皮質神経活動のin vivo膜電位感受性色素イメージング (2009)
  • 著者名/発表者名: 岡崎祐香、八木哲也
  • 学会等名: 第24回生体・生理工学シンポジエム
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] 網膜双極細胞ニューラルイメージの実時間再構築 (2008)
  • 著者名/発表者名: 長谷川潤,八木哲也
  • 学会等名: 視覚科学フォーラム第12回研究会
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] Optimal parameters of transcorneal electrical stimulation for neuroprotection of axotomized retinal ganglion cells in adult rats. (2007)
  • 著者名/発表者名: Miyoshi T, Morimoto T, Sawai H, Fujikado T, Tano Y.
  • 学会等名: International Congress of Physiological Science
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2007-07-30