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小型動物を用いた段階的に分析可能な人工視覚実験系の確立

研究課題

研究課題/領域番号 20K12633
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分90110:生体医工学関連
研究機関奈良先端科学技術大学院大学 (2022)
株式会社国際電気通信基礎技術研究所 (2021)
同志社大学 (2020)

研究代表者

増田 明  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 客員助教 (30612121)

研究分担者 春田 牧人  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (40733663)
高橋 晋  同志社大学, 脳科学研究科, 教授 (20510960)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード人工視覚 / 光遺伝学 / 視覚野 / 小動物 / 神経細胞 / 行動 / 神経活動イメージング / 行動評価
研究開始時の研究の概要

ラットにおいて「人工視覚を段階的に検証可能な実験系」を確立するため、本研究では、主に3つのことに取り組み、それぞれを統合する。
①高照度かつ高密度LEDアレイを搭載した小型光学顕微鏡の製作を行い、高度な光刺激-観察システムを構築する。
②製作したシステムを用いて、視覚応答と対応づけた様々な人工視覚刺激に対する脳活動を観察し、解析する。
③人工視覚刺激をベースとする行動実験による評価系を確立する。

研究成果の概要

人工視覚は視覚系を刺激し視覚体験を再現する技術で、視覚障害の回復に期待される。視覚再生の高度化のためには、脳活動と実現視覚の関係明確化が重要と考え、人工視覚のための刺激―神経応答―行動の関係を明確化するプラットフォームを確立することを目的とし、以下の3つ、①赤色LEDアレイと集光レンズによる多点光刺激システムの開発、②小型神経活動イメージングデバイスに多点電気生理測定機能の組み込み、③一次視覚野への光刺激およびデュアルリッキングシステムを用いた人工視覚分離課題の構築を実施し、それぞれ動作検証を行った。今後これらを組み合わせることで、刺激―神経応答―行動の関係を明確化されることが期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

人工視覚の研究は、視覚障害者の回復に期待される技術であり、視覚障害者だけでなく、その周囲の支援を行う方も含め、社会的に重要な意義を持つ。この研究では、人工視覚の刺激、神経応答、行動の関係を明確にするための要素技術としてプラットフォームを確立し、これらを組み合わせることで、刺激、神経応答、行動の関係をより明確にし、さらにはより自然に近い人工視覚の実現へ応用されることが期待さされる。その先には、視覚障害者の生活の質を向上させ、彼らの社会参加を促進する可能性があると思われる。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Miniaturized Cell Fluorescence Imaging Device Equipped with Multielectrode Array2022

    • 著者名/発表者名
      Sais Barbara Teixeira、Haruta Makito、Tso Kuang-Chih、Hagita Mizuki、Hagiwara Takanori、Sugie Kenji、Kimura Ayaka、Takehara Hironari、Tashiro Hiroyuki、Sasagawa Kiyotaka、Ohta Jun
    • 雑誌名

      Sensors and Materials

      巻: 34 号: 4 ページ: 1587

    • DOI

      10.18494/SAM3758

    • ISSN
      0914-4935, 2435-0869
    • 年月日
      2022-04-26
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Comparison of Cell-type Specific Optogenetic Cortical Stimulation Targeting Distinct Neural Populations for the Restoration of Vision2021

    • 著者名/発表者名
      Masuda Akira、Takahashi Susumu
    • 雑誌名

      2021 10th International IEEE/EMBS Conference on Neural Engineering (NER)

      巻: - ページ: 954-957

    • DOI

      10.1109/ner49283.2021.9441189

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Early identification of Alzheimer's disease in mouse models: Application of deep neural network algorithm to cognitive behavioral parameters2021

    • 著者名/発表者名
      Stephanie Sutoko, Akira Masuda, Akihiko Kandori, Hiroki Sasaguri, Takashi Saito, Takaomi C Saido, Tsukasa Funane
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 24 号: 3 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1016/j.isci.2021.102198

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Compact device for simultaneous cell electrophysiological signal and fluorescence imaging acquisition2022

    • 著者名/発表者名
      Barbara Teixeira Sais, Makito Haruta, Kuang-Chih Tso, Mizuki Hagita, Takanori Hagiwara, Kenji Sugie, Ayaka Kimura, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • 学会等名
      NEURO2022, 沖縄コンベンションセンター,2022年6月30日
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Activity Patterns of the Visual Cortical Neurons for Optogenetic Visual Prosthesis2021

    • 著者名/発表者名
      Akira Masuda, Susumu Takahashi
    • 学会等名
      第60回日本生体医工学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Cell-type-selective cortical stimulation with optogenetic tools for visual restoration2020

    • 著者名/発表者名
      Akira Masuda, Susumu Takahashi
    • 学会等名
      The 43rd Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] A physiological comparison between two distinct types of optogenetic cortical stimulations for visual restoration2020

    • 著者名/発表者名
      Akira Masuda, Susumu Takahashi
    • 学会等名
      12th FENS (Forum of Neuroscience)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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