人工視覚を目指した双方向光情報伝達デバイスによる脳機能解析

• 研究課題/領域番号: 24700411
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 融合基盤脳科学
• 研究機関: 近畿大学
• 研究代表者: 小林 琢磨 近畿大学, 東洋医学研究所, 助教 (80582288)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2013年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2012年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: CMOSイメージセンサ / 蛍光イメージング / 電位感受性色素 / Ca2+イメージング / 人工視覚 / 電気生理 / optogenetics / 脳機能解析 / 脳内埋植型デバイス / 視覚野 / マウス / 行動試験

研究概要

従来の脳刺激型人工視覚の課題克服を目指し、光入力と光刺激機能を集積化した脳内埋植型半導体デバイスによって光で神経細胞とコミュニケーションする双方向光情報伝達技術を実際に動物脳内において試験運用し、以下を達成した。
1）複数イメージセンサの同時駆動により動物脳内の知覚領域および連合野における神経活動を可視化した。
2）光感受性を付与した神経系細胞に対し局所光刺激を行い、同時に神経活動をCa2+イメージングする光双方向情報伝達が可能な脳内埋植型デバイスを試作し、実際に細胞との随意的な光コミュニケーションに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Functional brain fluorescence plurimetry in rat by implantable concatenated CMOS imaging system (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuma Kobayashi, Hiroyuki Masuda, Chikara Kitsumoto, Makito Haruta, Mayumi Motoyama, Yasumi Ohta, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Takashi Tokuda, Sadao Shiosaka, Jun Ohta
  • 雑誌名: Biosensors and Bioelectronics 巻: 53 ページ: 31-36
  • DOI: 10.1016/j.bios.2013.09.033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel implantable imaging system for enabling simultaneous multiplanar and multipoint analysis for fluorescence potentiometry in the visual cortex. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi T, (他11名)
  • 雑誌名: Biosens Bioelectron 巻: 38 号: 1 ページ: 21-30
  • DOI: 10.1016/j.bios.2012.06.035
  • 査読あり
• [雑誌論文] 最先端半導体技術応用バイオメディカルデバイス (2011)
  • 著者名/発表者名: 太田淳, 小林琢磨, 野田俊彦, 笹川清隆, 徳田崇
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｅ（センサ・マイクロマシン部門誌） 巻: 131 号: 12 ページ: 404-408
  • DOI: 10.1541/ieejsmas.131.404
  • NAID: 10030533195
  • ISSN: 1341-8939, 1347-5525
  • 査読あり
• [学会発表] A Micro Imaging Device for Measuring Neural Activities in the Mouse Deep Brain with Minimal Invasiveness (2012)
  • 著者名/発表者名: Jun Ohta, Chikara Kitsumoto, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Takashi Tokuda, Mayumi Motoyama, Yasumi Ohta, Takuma Kobayashi, Yasuaki Ishikawa, Sadao Shiosaka
  • 学会等名: Biomedical Circuits and Systems Conference
  • 発表場所: Sheraton Hsinchu Hotel, TAIWAN
  • 年月日: 2012-11-29
• [学会発表] An implantable CMOS-based device with hexagonal shape for wide-area brain functional imaging (2012)
  • 著者名/発表者名: Makito Haruta, Takuma Kobayashi, Chikara Kitsumoto, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Takashi Tokuda, Jun Ohta
  • 学会等名: NEUROSCIENCE 2012
  • 発表場所: New Orleans, USA
  • 年月日: 2012-10-14
• [学会発表] CMOS-based on-chip bio-image sensor with integrated micro LED array for optogenetics (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Tokuda, Tomoaki Miyatani, Yasuyo Maezawa, Takuma Kobayashi, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
  • 学会等名: NEUROSCIENCE 2012
  • 発表場所: New Orleans, USA
  • 年月日: 2012-10-14
• [学会発表] A CMOS on-chip Image Sensor with Integrated LED Array for Optogenetics (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Tokuda, Tomoaki Miyatani, Yosmongkol Sawadsaringkarn, Takuma Kobayashi, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
  • 学会等名: 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials(SSDM2012)
  • 発表場所: Kyoto, JAPAN
  • 年月日: 2012-09-26
• [学会発表] A CMOS-based implantable imaging device for wide-area brain functional imaging (2012)
  • 著者名/発表者名: Makito Haruta, Takuma Kobayashi, Chikara Kitsumoto, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Takashi Tokuda, Jun Ohta
  • 学会等名: 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials(SSDM2012)
  • 発表場所: Kyoto, JAPAN
  • 年月日: 2012-09-25
• [学会発表] in vitroおよびin vivoオプトジェネティクス向け光刺激・イメージングデバイス (2012)
  • 著者名/発表者名: 徳田崇,宮谷友彰, Yosmongkol Sawadsaringkarn,前澤安代,小林琢磨,野田俊彦,笹川清隆,太田淳
  • 学会等名: 日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2012-09-21
• [学会発表] 脳内埋植型センサによる、げっ歯類の視覚野、体性感覚野の広範囲脳機能蛍光イメージング (2012)
  • 著者名/発表者名: Takuma Kobayashi, Makito Haruta, Chikara Kitsumoto, Mayumi Motoyama, Yasumi Ohta, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Takashi Tokuda, Yasuyuki Ishikawa, Sadao Shiosaka, Jun Ohta
  • 学会等名: 日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2012-09-21
• [学会発表] オプトジェネティクス応用に向けたマイクロLEDアレイ搭載CMOS神経インターフェースデバイス (2012)
  • 著者名/発表者名: 宮谷友彰, Yosmongkol Sawadsaringkarn,小林琢磨,野田俊彦,笹川清隆,徳田崇,太田淳
  • 学会等名: 応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-12
• [学会発表] 生体内脳機能イメージング用CMOS広域計測デバイス (2012)
  • 著者名/発表者名: 春田牧人,小林琢磨,橘本力,野田俊彦,笹川清隆,徳田崇,太田淳
  • 学会等名: 応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-12
• [学会発表] CMOS集積回路技術による生体埋め込みデバイス (2012)
  • 著者名/発表者名: 徳田崇,小林琢磨,野田俊彦,笹川清隆,太田淳
  • 学会等名: 応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-11
• [学会発表] A CMOS-Based On-Chip Neural Interface Device Equipped with Integrated LED Array for Optogenetics (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Tokuda, Tomoaki Miyatani, Yasuyo Maezawa, Takuma Kobayashi, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
  • 学会等名: Annual International IEEE EMBS Conference
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2012-08-31
• [学会発表] Baseband Signal Transmission Experiment for Intra-Brain Communication with Implantable Image Sensor (2012)
  • 著者名/発表者名: Kiyotaka Sasagawa, Shogo Yokota, Takashi Matsuda, Peter Davis, Bing Zhang, Keren Li, Takuma Kobayashi, Toshihiko Noda, Takashi Tokuda, Jun Ohta
  • 学会等名: Annual International IEEE EMBS Conference
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2012-08-31
• [学会発表] 刺入型in vivo脳神経活動計測用CMOSイメージングデバイスの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 橘本力,小林琢磨,野田俊彦,笹川清隆,徳田崇,元山真由美,太田安美,石川保幸,塩坂貞夫,太田淳
  • 学会等名: 映像情報メディア学会年次大会
  • 発表場所: 広島市立大学
  • 年月日: 2012-08-30
• [学会発表] 脳内無線送信を目指したイメージセンサ信号のベースバンド伝送 (2012)
  • 著者名/発表者名: 笹川清隆,横田昇吾,松田隆志,デイビスピーター,張兵,李可人,小林琢磨,野田俊彦,徳田崇,太田淳
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告(IEICE Technical Report)
  • 発表場所: 山形大学米沢キャンパス
  • 年月日: 2012-07-27
• [学会発表] 脳内無線送信を目指したイメージセンサ信号のベースバンド伝送 (2012)
  • 著者名/発表者名: 笹川清隆,横田昇吾,松田隆志,デイビスピーター,張兵,李可人,小林琢磨,野田俊彦,徳田崇,太田淳
  • 学会等名: 情報センシング研究会・集積回路研究会
  • 発表場所: 山形大学米沢キャンパス
  • 年月日: 2012-07-27
• [学会発表] Fluorescence potentiometry using an implantable multiple imaging system to visualize the neural activities in both visual hemispheres of freely-moving mouse (2012)
  • 著者名/発表者名: Takuma Kobayashi, Mayumi Motoyama, Hiroyuki Masuda, Yasumi Ohta, Makito Haruta, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Takashi Tokuda, Hideki Tamura, Yasuyuki Ishikawa, Sadao Shiosaka, Jun Ohta
  • 学会等名: FENS(Federation of European Neuroscience Societies) Forum 2012
  • 発表場所: Centre Convencions Internacional Barcelona (CCIB) Barcelona, SPAIN
  • 年月日: 2012-07-16
• [学会発表] An Implantable CMOS Sensor Device for Multi-Area Fluorescence Imaging of A Rat Brain (2012)
  • 著者名/発表者名: Kiyotaka Sasagawa, Makito Haruta, Chikara Kitsumoto, Takuma Kobayashi, Toshihiko Noda, Takashi Tokuda, Jun Ohta
  • 学会等名: Neural Interface Conference
  • 発表場所: Salt Palace Convention Center, Salt Lake City, USA
  • 年月日: 2012-06-18
• [学会発表] CMOS-based Optoelectronic Neural Interface Device for Optogenetics (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Tokuda, Tomoaki Miyatani, Yasuyo Maezawa, Takuma Kobayashi, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
  • 学会等名: Neural Interface Conference
  • 発表場所: Salt Palace Convention Center, Salt Lake City, USA
  • 年月日: 2012-06-18
• [学会発表] ラット脳内複数領域計測用CMOSイメージングデバイス (2012)
  • 著者名/発表者名: 橘本力,増田博之,小林琢磨,野田俊彦,笹川清隆,徳田崇,太田淳
  • 学会等名: 情報センシング研究会
  • 発表場所: 埼玉大学東京ステーションカレッジ
  • 年月日: 2012-05-28
• [学会発表] Development of a CMOS-based implantable device for wide-area brain functional imaging (2012)
  • 著者名/発表者名: Makito Haruta, Takuma Kobayashi, Chikara Kitsumoto, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Takashi Tokuda, Jun Ohta
  • 学会等名: International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai(IMFEDK 2012)
  • 発表場所: Kansai University, JAPAN
  • 年月日: 2012-05-10
• [学会発表] On-chip metal wire grid polarizer for CMOS image sensor based on 65-nm technology (2012)
  • 著者名/発表者名: Kiyotaka Sasagawa, Keisuke Ando, Hitoshi Matsuoka, Takuma Kobayashi, Toshihiko Noda, Takashi Tokuda, Ohta Jun
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO 2012)
  • 発表場所: San Jose Convention Center, USA
  • 年月日: 2012-05-07
• [学会発表] Development of a CMOS-based implantable device for wide-area brain functional imaging
  • 著者名/発表者名: Makito Haruta, Takuma Kobayashi, Chikara Kitsumoto, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Takashi Tokuda, Jun Ohta
  • 学会等名: International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai （IMFEDK 2012)
  • 発表場所: Kansai University, JAPAN
• [学会発表] ラット脳内複数領域計測用CMOSイメージングデバイス
  • 著者名/発表者名: 橘本 力, 増田 博之, 小林 琢磨, 野田 俊彦, 笹川 清隆, 徳田 崇, 太田 淳
  • 学会等名: 情報センシング研究会
  • 発表場所: 埼玉大学東京ステーションカレッジ
• [学会発表] FLUORESCENCE POTENTIOMETRY USING AN IMPLANTABLE MULTIPLE IMAGING SYSTEM TO VISUALIZE THE NEURAL ACTIVITIES IN BOTH VISUAL HEMISPHERES OF FREELY-MOVING MOUSE
  • 著者名/発表者名: Takuma Kobayashi, Mayumi Motoyama, Hiroyuki Masuda, Yasumi Ohta, Makito Haruta, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Takashi Tokuda, Hideki Tamura, Yasuyuki Ishikawa, Sadao Shiosaka, Jun Ohta
  • 学会等名: FENS(Federation of European Neuroscience Societies) Forum 2012
  • 発表場所: Centre Convencions Internacional Barcelona (CCIB), Barcelona, SPAIN
• [学会発表] 脳内無線送信を目指したイメージセンサ信号のベースバンド伝送
  • 著者名/発表者名: 笹川 清隆, 横田 昇吾, 松田 隆志, デイビス ピーター, 張 兵, 李 可人, 小林 琢磨, 野田 俊彦, 徳田 崇, 太田 淳
  • 学会等名: 情報センシング研究会・集積回路研究会
  • 発表場所: 山形大学 米沢キャンパス
• [学会発表] 脳内無線送信を目指したイメージセンサ信号のベースバンド伝送
  • 著者名/発表者名: 笹川 清隆, 横田 昇吾, 松田 隆志, デイビス ピーター, 張 兵, 李 可人, 小林 琢磨, 野田 俊彦, 徳田 崇, 太田 淳
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告 （IEICE Technical Report)
  • 発表場所: 山形大学 米沢キャンパス
• [学会発表] 刺入型in vivo 脳神経活動計測用CMOS イメージングデバイスの開発
  • 著者名/発表者名: 橘本 力, 小林 琢磨, 野田 俊彦, 笹川清隆, 徳田 崇, 元山 真由美, 太田 安美, 石川 保幸, 塩坂 貞夫, 太田 淳
  • 学会等名: 映像情報メディア学会年次大会
  • 発表場所: 広島市立大学
• [学会発表] CMOS集積回路技術による生体埋め込みデバイス
  • 著者名/発表者名: 徳田 崇, 小林 琢磨, 野田 俊彦, 笹川 清隆, 太田 淳
  • 学会等名: 応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] 生体内脳機能イメージング用CMOS広域計測デバイス
  • 著者名/発表者名: 春田 牧人, 小林 琢磨, 橘本 力, 野田 俊彦, 笹川 清隆, 徳田 崇, 太田 淳
  • 学会等名: 応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] オプトジェネティクス応用に向けたマイクロLEDアレイ搭載CMOS神経インターフェースデバイス
  • 著者名/発表者名: 宮谷 友彰, Yosmongkol Sawadsaringkarn, 小林 琢磨, 野田 俊彦, 笹川 清隆, 徳田 崇, 太田 淳
  • 学会等名: 応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] in vitro およびin vivo オプトジェネティクス向け光刺激・イメージングデバイス
  • 著者名/発表者名: 徳田 崇, 宮谷 友彰, Yosmongkol Sawadsaringkarn, 前澤 安代, 小林 琢磨, 野田 俊彦, 笹川 清隆, 太田 淳
  • 学会等名: 日本神経科学大会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場