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半導体表面上の人工神経細胞回路網構築と神経信号伝達計測

研究課題

研究課題/領域番号 25600071
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 応用物性
研究機関東北大学

研究代表者

庭野 道夫  東北大学, 電気通信研究所, 教授 (20134075)

研究分担者 平野 愛弓  東北大学, 医工学研究科, 准教授 (80339241)
木村 康男  東京工科大学, コンピュータサイエンス学部, 教授 (40312673)
山本 英明  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (10552036)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2013年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワードニューロエレクトロニクス / 信号伝達 / 培養神経細胞 / 神経回路 / シナプス / タンパク質 / マイクロパターニング / 表面改質 / バイオエレクトロニクス / 培養細胞 / 人工神経回路網 / 基板表面 / パターニング
研究成果の概要

本研究では,申請者らが培ってきた半導体表面・界面のナノ構造設計・計測技術に基づき,半導体表面上に神経細胞の二次元配列培養と極性制御(軸索と樹状突起の成長方向制御)した人工神経細胞回路網(脳の高次機能を維持しつつ可能な限り簡略化したin vitroモデル実験系)を構築し,さらに,神経活動ダイナミクスを実験的に計測・評価した.またこの結果を理論的に裏付けるためのシミュレーションモデルの構築にも並行して取り組んだ.
本研究の成果は,脳科学の研究分野に新しい解析手法をもたらすとともに新規の神経信号伝達機構を解明し,バイオエレクトロニクスや神経回路学の分野の発展にも貢献できると期待される.

報告書

(3件)
  • 2014 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2013 実施状況報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2015 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (21件) (うち招待講演 2件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Micro- and Nano-Technologies for Lipid Bilayer-Based Ion-Channel Functional Assays2015

    • 著者名/発表者名
      Ayumi Hirano-Iwata, Yutaka Ishinari, Hideaki Yamamoto, and Michio Niwano
    • 雑誌名

      Chemistry-An Asian Journal

      巻: 掲載確定 号: 6 ページ: 1266-1274

    • DOI

      10.1002/asia.201403391

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Photopatterning proteins and cells in aqueous evnironment using TiO2 photocatalysis2015

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto H, Demura T, Sekine K, Kono S, Niwano M, Hirano-Iwata A, Tanii T
    • 雑誌名

      J Vis Exp

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [雑誌論文] Interference between Field Excitatory Postsynaptic Potentials and Simultaneously Recorded Chronoamperometric L-Glutamate Currents in Mouse Hippocampal Slices2014

    • 著者名/発表者名
      Ayumi Hirano-Iwata, Ryosuke Matsumura, Ryuta Tezuka, Michio Niwano, Tim V. P. Bliss, Masao Sugawara
    • 雑誌名

      Electrochem. Commun.

      巻: 45 ページ: 1-4

    • DOI

      10.1016/j.elecom.2014.04.016

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A model for ocular dominance plasticity controlled by feedforward and feedback inhibition2014

    • 著者名/発表者名
      Sakurai I, Kubota S, Niwano M
    • 雑誌名

      IEICE Trans Fundamentals

      巻: E97 ページ: 1780-1786

    • NAID

      130004679262

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The onset and closure of critical period plasticity regulated by feedforward inhibition2014

    • 著者名/発表者名
      Sakurai I, Kubota S, Niwano M
    • 雑誌名

      Neurocomputing

      巻: 143 ページ: 261-268

    • DOI

      10.1016/j.neucom.2014.06.002

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] シリコン微細加工で創るイオンチャネルチップ2014

    • 著者名/発表者名
      平野愛弓,石成 裕,木村康男,庭野道夫
    • 雑誌名

      表面科学

      巻: 35 号: 8 ページ: 438-442

    • DOI

      10.1380/jsssj.35.438

    • NAID

      130004678726

    • ISSN
      0388-5321, 1881-4743
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reconstitution of Human Ether-a-go-go-Related Gene (hERG) Channels in Microfabricated Silicon Chips2013

    • 著者名/発表者名
      Azusa Oshima
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: (in press) 号: 9 ページ: 4363-4369

    • DOI

      10.1021/ac303484k

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] マイクロパターン基板上の単一神経細胞間に形成されるシナプスの解析2015

    • 著者名/発表者名
      高沖英里, 山本英明, 松村亮佑, 桂林秀太郎, 平野愛弓, 庭野道夫
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学, 神奈川
    • 年月日
      2015-03-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] マイクロパターン神経細胞回路の活動様式に関する理論的考察2015

    • 著者名/発表者名
      千田雄大, 山本英明, 平野愛弓, 石原広識, 藤森壮也, 谷井孝至, 久保田 繁, 庭野道夫
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学, 神奈川
    • 年月日
      2015-03-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 酸化チタン・ナノチューブ複合体の形成とデバイス応用2015

    • 著者名/発表者名
      庭野道夫
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学, 神奈川
    • 年月日
      2015-03-12
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Chronoamperometric recording of released glutamate after induction of long-term potentiation2015

    • 著者名/発表者名
      R. Matsumura, A. Hirano-Iwata, H. Yamamoto, M. Niwano
    • 学会等名
      6th International Workshop on Nanostructures & Nanoelectronics
    • 発表場所
      Tohoku Univ., Sendai
    • 年月日
      2015-03-03
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Single-cell micropatterning techniques for engineering neuronal networks in vitro2015

    • 著者名/発表者名
      H. Yamamoto, A. Hirano-Iwata, M. Niwano, T. Tanii
    • 学会等名
      3rd RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
    • 発表場所
      Tohoku Univ., Sendai
    • 年月日
      2015-02-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Immunocytochemical analysis of synaptogenesis in micropatterned hippocampal neurons2015

    • 著者名/発表者名
      H. Takaoki, H. Yamamoto, R. Matsumura, S. Katsurabayashi, A. Hirano-Iwata, M. Niwano
    • 学会等名
      3rd RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
    • 発表場所
      Tohoku Univ., Sendai
    • 年月日
      2015-02-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Chronoamperometric recording of increased glutamate release after induction of long-term potentiation in mouse hippocampal slices2015

    • 著者名/発表者名
      R. Matsumura, A. Hirano-Iwata, H. Yamamoto, M. Niwano
    • 学会等名
      3rd RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
    • 発表場所
      Tohoku Univ., Sendai
    • 年月日
      2015-02-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Computational modeling of the spontaneous activity in micropatterned neuronal networks2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Chida, H. Yamamoto, A. Hirano-Iwata, K. Ishihara, S. Fujimori, T. Tanii, S. Kubota, M. Niwano
    • 学会等名
      3rd RIEC International Symposium on Brain Functions and Brain Computer
    • 発表場所
      Tohoku Univ., Sendai
    • 年月日
      2015-02-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Optimization of micropattern geometry for long-term culture of isolated neurons and identification of excitatory-inhibitory cell types2014

    • 著者名/発表者名
      H. Yamamoto, S. Kono, T. Kushida, A. Hirano-Iwata, M. Niwano, T. Tanii
    • 学会等名
      Neuroscience 2014
    • 発表場所
      Washington, DC, USA
    • 年月日
      2014-11-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Interference between Chronoamperometric L-Glutamate Currents and Simultaneously Recorded Field Excitatory Postsynaptic Potentials2014

    • 著者名/発表者名
      R. Matsumura, A. Hirano-Iwata, H. Yamamoto, M. Niwano
    • 学会等名
      7th International Symposium on Surface Science (ISSS-7)
    • 発表場所
      Shimane Prefectural Convention Center, Shimane
    • 年月日
      2014-11-03
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Simultaneous Recording of Chronoamperometric L-Glutamate Current and Field Excitatory Postsynaptic Potentials in Mouse Hippocampal Slice2014

    • 著者名/発表者名
      R. Matsumura, A. Hirano-Iwata, M. Niwano, T.V.P. Bliss, M. Sugawara
    • 学会等名
      226th Meeting of The Electrochemical Society
    • 発表場所
      Cancun, Mexico
    • 年月日
      2014-10-07
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 培養神経細胞・神経回路操作のための表面マイクロ加工技術2014

    • 著者名/発表者名
      山本英明, 谷井孝至, 庭野道夫, 平野愛弓
    • 学会等名
      第52回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター, 北海道
    • 年月日
      2014-09-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] グルタミン酸電流と興奮性シナプス後電位の同時測定法2014

    • 著者名/発表者名
      松村亮佑,平野愛弓,山本英明,庭野道夫
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学, 北海道
    • 年月日
      2014-09-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] マイクロコンタクトプリンティング法による培養マウス海馬神経細胞の軸索誘導2014

    • 著者名/発表者名
      高沖英里, 山本英明, 桂林秀太郎, 木村康男, 平野愛弓, 庭野道夫
    • 学会等名
      第37回日本神経科学大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜, 神奈川
    • 年月日
      2014-09-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] マイクロコンタクトプリンティング法に基づく培養神経細胞の極性制御2014

    • 著者名/発表者名
      高沖英里,小山内進一郎,平野愛弓,木村康男,庭野道夫
    • 学会等名
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      相模原、青山大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] 電気刺激によって放出された神経伝達物質グルタミン酸の時間分解計測2014

    • 著者名/発表者名
      松村亮佑,平野愛弓,木村康男,庭野道夫
    • 学会等名
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      相模原、青山大学
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] The Role of Correlated Inhibitory Cell Firing2013

    • 著者名/発表者名
      Ichiro Sakurai, Shigeru Kubota, Michio Niwano
    • 学会等名
      Brain and Health Informatics
    • 発表場所
      前橋、前橋テルサ
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Correlated Inhibitory Firing and Spike-timing-dependent Plasticity2013

    • 著者名/発表者名
      Ichiro Sakurai, Shigeru Kubota, Michio Niwano
    • 学会等名
      International Comference of Neural Information Processing
    • 発表場所
      韓国、大邱広域
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Microfabricated silicon chips for recording ion channel activities2013

    • 著者名/発表者名
      A. Hirano-Iwata, Y. Ishinari, Y. Kimura, and Michio Niwano
    • 学会等名
      2013 MRS Fall Meeting
    • 発表場所
      アメリカ、ボストン
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] An electrochemical method for monitoring L-glutamate locally released by weak electrical stimuli2013

    • 著者名/発表者名
      R. Matsumura , A. Hirano-Iwata , Y. Kimura and M. Niwano
    • 学会等名
      2013 MRS Fall Meeting
    • 発表場所
      アメリカ、ボストン
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [学会発表] Human Ether-a-go-go-Related Gene Channels Reconstituted in Microfabricated Silicon Chips2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Ishinari, A. Hirano-Iwata, Y. Kimura, and M. Niwano
    • 学会等名
      2013 MRS Fall Meeting
    • 発表場所
      アメリカ、ボストン
    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.niwano.riec.tohoku.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] http://www.niwano.riec.tohoku.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2013 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2014-07-25   更新日: 2019-07-29  

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