レーザスペックル現象を応用した脳皮質活動の内因性光学計測システムの試作研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09358016
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 神野 耕太郎 東京医科歯科大学, 医学部, 教授 (40025630)
• 研究分担者: 戸川 達男 東京医科歯科大学, 医用器材研究所, 教授 (40013859) ; 佐藤 勝重 東京医科歯科大学, 医学部, 助手 (80291342) ; 佐藤 容子 東京医科歯科大学, 医学部, 助手 (70251501) ; 酒井 哲郎 東京医科歯科大学, 医学部, 助教授 (40153845)
• キーワード: レーザスペックル / 脳皮質活動 / 非侵襲測定 / 脳機能マッピング / 光学的シグナル / 画像イメージ

研究概要

脳皮質は内因性光学シグナルの成因となる微小循環血球、ニューロンやグリア細胞など多数の散乱粒子から成る集合体とみなすことができ、しかも、その数や形状、運動形態や速度は不均一である。したがってこれにレーザ光線を照射する場合、散乱反射光の不規則な位相遅れが生じて、これによってレーザスペックル現象が生じることになる。特に個々の粒子の動きに応じて時間的に変動するものを動的スペックル現象とよぶが、本研究は脳皮質にレーザ光を照射したとき生じる動的スペックル現象を検出し、得られる光強度変動の特性を解析し、微小循環血流量変化やグリア細胞(and/orニューロン)の容積変化を光学的シグナルに変換して、そこから逆に脳皮質活動を検出する計測システムを試作するものである。
本年度は、測定装置の基本的なセットアップに着手した。先ず防振台に振動吸収効率に優れた高性能空気バネ式防振台を採用し、微弱なシグナルに対応できるようにした。ここで測定しようとしている光学シグナルは、光源からの光照射域、照射角度によって大きく影響されるので、脳皮質の任意の領域を任意の角度で測定できるようにする工夫が必要である。そこで、動物固定台には、市販の小動物固定装置(成茂科学機器(株))を元に、x軸、y軸、z軸の三方向に任意の角度で設定できる固定装置を特注試作した。またディテクターを固定するホルダーも、三次元方向に移動できるものを特注し(トミ-精工(株))、さらにこれに回転式レボルバ-を取り付けて任意の角度に固定できるようにした(自作)。

研究成果

• [文献書誌] Sato,K.: "Optical illustration of glutamate-induced cell swelling coupled with membrane depolarization in embryonic brain stem slices." NeuroReport. 8. 3559-3563 (1997)
• [文献書誌] Momose-Sato,Y.: "Optical characterization of a novel GABA response in early embryonic chick brainstem." Neuroscience. 80. 203-219 (1997)
• [文献書誌] Sakai,T.: "Optical mapping of conduction patterns of normal and tachycardia-like excitations in the rat atrium." Japanese Journal of Physiology. 47. 179-188 (1997)
• [文献書誌] Sato,K.: "Optical mapping fo neural responses in the embryonic rat brainstem with reference to the eafry functional organization of vagal nuclei." Journal of Neuroscience. 18. 1345-1362 (1998)
• [文献書誌] Momose-Sato,Y.: "GABA-induced intrinsic light-scattering changes associated with voltage-sensitive dye signals in embryonic brainstem-slices:coupling of depolarization and cell shrinkage." Journal of Neurophysiology. (in press). (1998)
• [文献書誌] Sakai,T.: "Optical monitoring of synaptic transmission in bullfrog sympathetic ganglia using a voltage-sensitive dye." Neuroscience Letters. (in press). (1998)
• [文献書誌] Yang,X.S.: "Photometric assessment of volume changes coupled with membrane potential in valinomycin-incorporated red blood cells." Japanese Journal of Physiology. 47. 217-230 (1997)
• [文献書誌] 新井嘉容: "脊髄神経活動の光学的計測." 脊髄電気診断学. 19. 33-36 (1997)
• [文献書誌] Sato,K.: "Optical mapping of neural responses in the embryonic rat brainstem: early functional organization of vagal nuclei In"Frontiers of Neural Development"" Springer-Verlag,Tokyo(in press), (1998)
• [文献書誌] 神野耕太郎: "「脳の科学」創刊号.脳の機能発生/形成を光学的イメージングでとらえる." 星和書店(in press), (1998)