| 研究課題/領域番号 |
23K24911
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| 補助金の研究課題番号 |
22H03655 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分61040:ソフトコンピューティング関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
西川 淳 北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (20392061)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2024年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2023年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2022年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
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| キーワード | 耳鳴り / 聴覚皮質 / 脳活動計測 / 脳刺激 / 興奮-抑制バランス / 多点電気刺激 / 神経活動計測 / ブレイン・マシン・インターフェース / 光遺伝学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，まず，雑音中の短い無音区間（ギャップ）に対する神経応答における興奮-抑制バランスの崩壊が，耳鳴りの種類に依らない普遍的な現象であるとする仮説を神経生理学的に検証する．さらに，脳刺激法を用いて興奮-抑制バランスを制御する新規耳鳴り抑制法を開発し，実際に，耳鳴りモデル動物の聴覚皮質において興奮-抑制バランスを制御することにより，行動測定から推定される耳鳴り状態をどの程度改善させることができるか検証する．こうした一連の研究を行うことにより，聴覚皮質における神経活動異常の実体に立脚した次世代の耳鳴り治療法の開発に繋げる．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，耳鳴りの生物学的実体の一つとして聴覚皮質における興奮-抑制バランスの崩壊を想定し，双方向BMIと光遺伝学を統合した興奮-抑制バランス制御による新規耳鳴り抑制法の開発を目指した研究を行っている．1年目は，薬理誘導および騒音誘発性の耳鳴りモデルマウスの確立，聴覚皮質からの多点同時神経活動計測，光遺伝学による神経活動制御法の確立に取り組んだ．
光遺伝学による神経活動制御を実現するために，発光制御装置および光ファイバーシステムのセットアップを試みた．しかしながら，所属機関の遺伝子組み換え実験施設の制約から，光遺伝学を用いた神経活動制御系の確立を断念せざるを得なかった．そこで，多点電気刺激系を新たに立ち上げ，これにより聴覚皮質の興奮-抑制バランス制御を目指すこととした．また，光遺伝学を用いないのであればマウスに拘る必要はないため，今後はマウスだけでなくラットも用いることとした．
サリチル酸ナトリウムを腹腔内注射することにより，マウスおよびラットに耳鳴りを誘発し，その状態を行動測定(GPIAS)によって評価した．同様に，音響暴露（116 dB SPL, 1h）による耳鳴りを誘発し， GPIASにより行動評価した．その結果，どちらにおいても16 kHz周辺において耳鳴り症状が確認できた．通常の齧歯類と，耳鳴りを誘発した齧歯類の聴覚皮質表面に多点表面電極（ECoG）を留置した上で，細孔から刺入型多点シリコン電極を刺入し，聴覚皮質から三次元的に神経活動を計測できることを確認できた．
以上の結果を踏まえ，2年目以降の研究へと繋げる．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
所属機関の実験施設の制約から，神経活動制御法を再検討したため．
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| 今後の研究の推進方策 |
１年目は，光遺伝学から多点電気刺激への神経活動制御法の再検討およびセットアップ，薬理操作および音響暴露による齧歯類モデルの確立，行動測定による耳鳴りの機能評価，聴覚皮質からの３次元的な多点神経活動計測等を実施した．
2年目は，これをベースとして，通常の齧歯類と耳鳴りを誘発した齧歯類において，聴覚皮質の表面および深部における神経応答連関を明らかにするための研究を行う．特に，表面電極の各点から計測される局所電場電位（LFP）に対する時間周波数解析を実施し，刺入電極の各点から計測されるLFPおよびスパイク応答との関係性を明らかにする．これにより，聴覚皮質全域の3次元的な神経活動パターンを明らかにするとともに，その脳内状態を表面電極から機械学習を用いてデコードする基盤技術開発を行う．
上記の一連の研究を推進することにより，翌年度以降に実施予定の双方向性BMIを用いた多点電流刺激法による新規耳鳴り抑制法の開発へと繋げる予定である．
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