| 研究課題/領域番号 |
20J23439
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 奈良先端科学技術大学院大学 |
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研究代表者 |
杉江 謙治 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
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| キーワード | 生体埋植デバイス / CMOSイメージセンサ / 脳機能イメージング / 細胞外電位計測 / マルチモーダルセンシング / 角度選択画素 / マウス脳機能計測 / 神経アンプ / 脳機能計測 / 蛍光観察 / 細胞外記録 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は自由行動下マウスの脳深部に位置する神経細胞活動を蛍光イメージングと電気生理学的手法により観察できる生体埋植デバイスの開発を行う．光学的および電気的に計測することでどちらか一方だけでは困難な時間分解能および空間分解能に優れた計測を可能にする．また，本デバイスは超小型の生体埋植イメージセンサ技術に基づき，行動学習中の単一個体の脳機能を時間連続的に評価することが可能である．行動学習中の脳神経情報処理プロセスを可視化し，認知症やうつ病などの神経疾患治療への応用を目指す．
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| 研究実績の概要 |
マウス脳神経活動を光学的および電気生理学的に同時記録するための生体埋植型マルチモーダルセンサの開発およびその基本機能の実証を行った．マルチモーダルセンシングは信号の同時記録により情報を補完し合い，単一の計測手法では観察困難な現象を記録する．開発したセンサは生体埋植CMOSイメージセンサと神経アンプを同一チップ上に集積することで，単一のチップでマルチモーダルセンシング機能を実現している．開発したセンサの基本機能の実証のために麻酔下マウスの海馬領域にセンサを埋植し，イメージングと細胞外電位計測による同時記録を行った．その結果クロストークノイズの影響をほとんど受けることなく，神経活動と思われる光強度変化と細胞外電位変化の同時記録を達成した．
得られた研究成果は国際学会IEEE Photonics Conferenceで発表を行った．また，Sensors and Materialsへ論文を投稿し採択された．なお動物実験は奈良先端大の動物実験倫理規定に準拠して行われた．
また，画素を角度選択画素で構成し，画素アレイ上に記録電極を２つ配置したマルチモーダルセンサを作製した．角度選択画素は生体埋植CMOSイメージセンサの距離に伴う空間分解能の劣化を低減するために開発された画素である．１つの開口部を４つのフォトダイオードが共有し，斜め入射光の選択的な検出をレイアウトで実現している．被写界深度が深くなるように開口が絞られており，画像処理によって仮想的な焦点面上に結像させることで，従来の画素に比べて高い空間分解能を達成している．画素アレイ上に配置された記録電極は画素の金属配線層の一部を信号線として利用し，同一領域でのイメージングと細胞外電位計測を可能にする．このように空間分解能を改善したマルチモーダルセンサは，より小さな細胞集団からの神経活動記録することで詳細な脳機能解析に貢献する．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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