大脳聴覚皮質における音声情報処理様式の生理学的および工学的研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03452165
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 堀川 順生 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助教授 (50114781)
• 研究分担者: 細川 浩 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助手 (80181501) ; 黒岩 俊彦 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助教授 (80129832) ; 谷口 郁雄 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 教授 (60014255)
• キーワード: 大脳聴覚皮質 / 光学的2次元電位計測 / 多チャンネル同時記録 / 音声情報処理 / 機能的構造 / 神経生理学 / 情報工学

研究概要

本年度は、前年度から導入を進めていた144チャンネル光学的2次元電位計測装置が設置され、本研究の中心計画である大脳皮質聴覚領の活動の光学的2次元計測が行われた。この光学的計測により聴覚領の2次元空間的な活動の様子がリアルタイムの画像として観測できるようになり、今まで得ることが不可能だった多くの新しい成果が得られた。モルモットおよびラットをネンブタールで麻酔後、側頭骨に小孔を開け、聴覚皮質を電位感受性色素(RH795)で染色する。その後、動物を光学的2次元電位計測装置にセットし、計測している聴覚領の対側耳に与える音刺激に対する聴覚皮質活動を光学的に計測する。この計測装置は落射型計測顕微境と12×12チャンネルの2次元フォトダイオードアレイセンサーを用いた光学的電位計測部で構成されている。聴覚領は580nm以下の励起光で落射式に照射され、皮質から帰ってくる信号成分を含んだ620nm以上の蛍光が、フォトダイオードアレイとI/Vコンバータにより電圧に変換される。電圧に変換された信号は、1Hz-10kHzのフィルターおよび2000倍の増幅器を介した後、144チャンネルのA/Dコンバータで1フレーム当たり0.58ms毎に16bitの解像度でサンプリングされる。計測された信号の振幅を1フレーム毎に16段階にカラーコード化して、2次元パターンに変換し、モニター上に経時的に表示する。モルモットおよびラットの聴覚領には周波数局在性のある小領域が複数存在している。一定の周波数の音によって誘発された神経活動は最初に各領域の特定の部分に現れ、それが時間の経過とともに等周波数帯に沿って伝搬していく。この応答の時空間的パターンは音の周波数と強さにより異なる。これらの結果は古典的な手法では明らかに出来なかった事柄である。

研究成果

• [文献書誌] Taniguchi, I., Horikawa, J. Moriyama, T. and Nasu, M.: "Spatio-temporal pattern of frequency represenation in the audi tory cortex of guinea pigs." Neurosci. Lett.146. 38-40 (1992)
• [文献書誌] Taniguchi, I., Horikawa, J. Moriyama, T. and Nasu, M.: "Optical imaging of functional architecture of the guinea pig auditory cortex." Soc. for Neurosci. Abst.18. 1194- (1992)
• [文献書誌] Taniguchi, I., Horikawa, J. Moriyama, T. and Nasu, M.: "Optical imaging of tonotopical organization in the auditory cortex of guinea pigs." Neurosci. Res.17. S247- (1992)
• [文献書誌] 谷口 郁雄: "小特集「大脳における聴覚情報処理の新しい研究手法に寄せて」" 日本音響学会誌. 48. 309-312 (1992)
• [文献書誌] 堀川 順生: "多電極同時計測法による聴覚領の機能構造の研究" 日本音響学会聴覚研究会研究資料. H92-9. 1-7 (1992)
• [文献書誌] 堀川 順生: "マルチ電極(16Ch)記録法によるラット聴覚領の応答の空間パターンの計測" 日本音響学会講演論文集. 秋期. 467-468 (1991)
• [文献書誌] Horikawa, J., Hosokawa, Y. and Murata,K.: "Spatial response patterins of auditory cortial neurons measured with a 16-channel electrode array." Jpn. J. Physiol.41. S50- (1991)
• [文献書誌] Horikawa, J., Hosokawa,Y. and Moriyama, T.: "Two-dimensional response patterns pf auditory cortical neurons in rats measured with a multi-electrode array." Neurosci. Res.16. S132- (1991)
• [文献書誌] Horikawa J.: "Neuroethology of auditory cortex." Jpn. J. Physiol.41. 671-691 (1991)