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2021 年度 実績報告書

光による生体神経インターフェイスデバイスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 18H03780
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

太田 淳  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80304161)

研究分担者 高橋 正信  芝浦工業大学, システム理工学部, 教授 (20338312)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
キーワードCMOSイメージセンサ / 生体埋植デバイス / 光遺伝学 / 光電子デバイス
研究実績の概要

(1) 分散埋植デバイス高性能化:前年度実施した光双方向通信について特性改良を行い,デバイスとしての完成度を上げた.特に,AAV注入方法を検討し,ウィルス発現をしっかりと制御できるようになった.これにより光刺激の特性を上げることができた (2) 神経ネットワーク回路計測・制御:前年度に引き続き複数部位における神経活動の解析を行い,ネットワーク回路としての特性を評価した.特に,アルコール投与におけるドーパミン神経活動について,マイクロダイアリシス法と併用して,その特性評価方法を確立することができた.また疼痛実験も開始し,フォルマリン注射による疼痛誘起によるDRC(dorsal raphe nucleus) における蛍光変化計測に成功した.蛍光計測にはGCaMPマウスを用いた.またDAT-CreやセロトニンーCreなどの遺伝子改変マウスを導入し,ドーパミン特異的,セロトニン特異的な計測や制御を可能とする体制を確立した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

(1) 分散埋植デバイス高性能化については,おおむね当初の予定通りの結果を得ることができた.特にウィルスインジェクション方法の検討により,ウィルス発現の制御ができるようになり,蛍光計測,光刺激特性を大幅に向上することができた. (2) 神経ネットワーク回路計測・制御については,投与sの予定通りの結果を得ることができた.特に,アルコール投与におけるドーパミン神経活動について,マイクロダイアリシス法と併用して,その特性評価方法を確立することができた.

今後の研究の推進方策

(1) 分散埋植デバイス高性能化:厚さ20μm以下のフレキシブルマイクロフォトニックデバイスの完成を行う. (2) 神経ネットワーク回路計測・制御:脳内ネットワーク回路機能解明のツールとしての完成度を高め,双方向光神経インターフェイス機能の実証を行う.

  • 研究成果

    (34件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 8件、 招待講演 6件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] カセサート大学(タイ)

    • 国名
      タイ
    • 外国機関名
      カセサート大学
  • [国際共同研究] ヒューストン大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      ヒューストン大学
  • [雑誌論文] Monitoring Neuronal Dynamics in the Ventral Tegmental Area Using an Implantable Microimaging Device With Microdialysis System2021

    • 著者名/発表者名
      Sunaga Yoshinori、Ohta Yasumi、Murakami Takaaki E、Akay Yasemin M.、Ohta Jun、Akay Metin
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 9 ページ: 55871~55878

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2021.3071961

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Miniaturized LED light source with an excitation filter for fluorescent imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Azmer Mohamad Izzat、Sasagawa Kiyotaka、Rustami Erus、Sugie Kenji、Ohta Yasumi、Haruta Makito、Takehara Hironari、Tashiro Hiroyuki、Ohta Jun
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 ページ: SBBG07~SBBG07

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abe5bf

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simultaneous CMOS-Based Imaging of Calcium Signaling of the Central Amygdala and the Dorsal Raphe Nucleus During Nociception in Freely Moving Mice2021

    • 著者名/発表者名
      Rebusi Romeo、Olorocisimo Joshua Philippe、Briones Jeric、Ohta Yasumi、Haruta Makito、Takehara Hironari、Tashiro Hiroyuki、Sasagawa Kiyotaka、Ohta Jun
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: 15 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fnins.2021.667708

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Self-Reset Image Sensor With a Signal-to-Noise Ratio Over 70 dB and Its Application to Brain Surface Imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Pakpuwadon Thanet、Sasagawa Kiyotaka、Guinto Mark Christian、Ohta Yasumi、Haruta Makito、Takehara Hironari、Tashiro Hiroyuki、Ohta Jun
    • 雑誌名

      Frontiers in Neuroscience

      巻: 15 ページ: -

    • DOI

      10.3389/fnins.2021.667932

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Micro-LED Array-Based Photo-Stimulation Devices for Optogenetics in Rat and Macaque Monkey Brains2021

    • 著者名/発表者名
      Ohta Yasumi、Guinto Mark Christian、Tokuda Takashi、Kawahara Mamiko、Haruta Makito、Takehara Hironari、Tashiro Hiroyuki、Sasagawa Kiyotaka、Onoe Hirotaka、Yamaguchi Reona、Koshimizu Yoshinori、Isa Kaoru、Isa Tadashi、Kobayashi Kenta、Akay Yasemin M.、Akay Metin、Ohta Jun
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 9 ページ: 127937~127949

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2021.3111666

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ultrasmall compact CMOS imaging system for bioluminescence reporter-based live gene expression analysis2021

    • 著者名/発表者名
      Olorocisimo Joshua Philippe、Briones Jeric、Sasagawa Kiyotaka、Haruta Makito、Takehara Hironari、Tashiro Hiroyuki、Ishida-Kitagawa Norihiro、Bessho Yasumasa、Ohta Jun
    • 雑誌名

      Journal of Biomedical Optics

      巻: 26 ページ: 116002-1~17

    • DOI

      10.1117/1.JBO.26.11.116002

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 脳内埋植超小型イメージングデバイスを用いたマウス腹側被蓋野における自由行動下神経活動の蛍光イメージング2023

    • 著者名/発表者名
      佐野 珠世, 太田 安美, 河原 麻実子, 須永 圭紀, 竹原 浩成, 春田 牧人, 田代 洋行, 笹川 清隆, 太田 淳
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 刺入型蛍光イメージングデバイス用フロントライト構造の試作2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤 佑樹, Schaeffer Daniel, 笹川 清隆, 竹原 浩成, 春田 牧人, 田代 洋行, 太田 淳
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Miniaturized Multi-functional Sensing System with Implantable CMOS Imager and Fast-scan Cyclic Voltammetry2023

    • 著者名/発表者名
      Siwadamrongpong Ronnakorn Siwadamrongpong, Sato Nicha, 春田 牧人, 竹原 浩成, 田代 洋行, 笹川 清隆, 太田 淳
    • 学会等名
      令和5年電気学会全国大会
  • [学会発表] 高感度偏光イメージングシステムを用いたミリ波電界イメージング2023

    • 著者名/発表者名
      岡田 竜馬, 笹川 清隆, 水野 麻耶, 春田 牧人, 竹原 浩成, 田代 洋行, 太田 淳
    • 学会等名
      2023年電子情報通信学会総合大会
  • [学会発表] 脳表観察用ヘッドマウント蛍光イメージングデバイスの開発2022

    • 著者名/発表者名
      春田 牧人, Mark Christian Guinto, 太田 安美, 河原 麻実子, 竹原 浩成, 田代 洋行, 笹川 清隆, 太田 淳
    • 学会等名
      第96回日本薬理学会年会
  • [学会発表] An implantable multimodal sensor for optical and electrophysiological recording of mouse brain activity2022

    • 著者名/発表者名
      Kenji Sugie, Ryoma Okada, Yasumi Ohta, Hironari Takehara, Makito Haruta, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • 学会等名
      IEEE Photonics Coference
    • 国際学会
  • [学会発表] A wireless CMOS imaging device utilized Bluetooth-low energy for freely moving animals2022

    • 著者名/発表者名
      Treepetchkul Thanaree, Ronnakorn Siwadamrongpong, Hironari Takehara, Makito Haruta, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • 学会等名
      第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
  • [学会発表] An implantable multimodal sensor for optical and electrophysiological recording of mouse brain activity2022

    • 著者名/発表者名
      Kenji Sugie, Ryoma Okada, Yasumi Ohta, Hironari Takehara, Makito Haruta, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • 学会等名
      IEEE Photonics Society Kansai Chapter 第8回フォトニクス英語発表会
  • [学会発表] バイオニックヒューマン ~バイオ医療デバイスを支える半導体技術~2022

    • 著者名/発表者名
      太田 淳
    • 学会等名
      第48回技術士全国大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 半導体のバイオ医療応用2022

    • 著者名/発表者名
      太田 淳
    • 学会等名
      「超高齢化社会に対応する先制医療工学研究拠点」シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Brain Implantable Optoelectronic Devices for Measuring and Controlling Biological Functions2022

    • 著者名/発表者名
      Jun Ohta
    • 学会等名
      BrainInterface CAS, BioCAS pre-conference workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Wireless CMOS Imaging Device for Mouse Under Freely Moving Conditions2022

    • 著者名/発表者名
      Thanaree Treepetchkul, Ronnakorn Siwadamrongpong, Hironari Takehara, Makito Haruta, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • 学会等名
      International Conference on Solid State Devices and Materials(SSDM2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] 腹側被蓋野内の 2 領域の神経活動の蛍光イメージングの同時計測2022

    • 著者名/発表者名
      藤田 敦士, Castillo Virgil Christian, Rebusi Romeo Brioso, 太田 安美, 河原 麻実子, 竹原 浩成, 春田 牧人, 田代 洋行, 笹川 清隆, 太田 淳
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Facile Fabrication of Carbon Electrodes on Flexible Subtrate for In Vivo Sensing of Dopamine2022

    • 著者名/発表者名
      VirgilChristian Garcia Castillo, Yasumi Ohta, Nicha Sato, Hiroyuki Tashiro, Hironari Takehara, Makito Haruta, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 脳表血流・蛍光観察用ヘッドマウントCMOSイメージングデバイス2022

    • 著者名/発表者名
      春田 牧人, Guinto Mark, 太田 安美, 河原 麻実子, 竹原 浩成, 田代 洋行, 笹川 清隆, 太田 淳
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Mouse Brain Imaging Using a Self-Reset CMOS Image Sensor over 70-dB SNR2022

    • 著者名/発表者名
      Kiyotaka Sasagawa, Pakpuwadon Thanet, Mark C. Guinto, Yasumi Ohta, Makito Haruta, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro, Jun Ohta
    • 学会等名
      65TH IEEE INTERNATIONAL MIDWEST SYMPOSIUM ON CIRCUITS AND SYSTEMS (MWSCAS 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Control and Measurement of Biological Functions by Light with Optoelectronic Devices2022

    • 著者名/発表者名
      Jun Ohta
    • 学会等名
      International Symposium on Imaging, Sensing, and Optical Memory 2022(ISOM2022)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of Compact Readout Device for Neural Observation System Using Fluorescence Imaging and Fast-Scan Cyclic Voltammetry2022

    • 著者名/発表者名
      Ronnakorn Siwadamrongpong, Nicha Sato, Kenji Sugie, Yasumi Ohta, Makito Haruta, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • 学会等名
      The 44th International Engineering in Medicine and Biology Conference(EMBC22)
    • 国際学会
  • [学会発表] 長期計測可能な脳血流・神経活動計測用イメージングデバイスの開発2022

    • 著者名/発表者名
      Makito Haruta, Mark Christian Guinto, Kazuki Kurasawa, Yasumi Ohta, Mamiko Kawahara, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • 学会等名
      NEURO2022
  • [学会発表] 光刺激にマイクロLEDアレイデバイスを用いたマウスVTA内のGABAニューロンとドーパミンニューロンの関係についての考察2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Ohta, T. E. Murakami, M.C. Guinto, M. Kawahara, Y. M. Akay, H. Takehara, M. Haruta, H. Tashiro, K. Sasagawa, M. Akay, J. Ohta
    • 学会等名
      NEURO2022
  • [学会発表] Neuroimaging and modulation of the septo-hippocampal circuit using novel brain-implantable CMOS image sensors and micro-LEDs during seizure and epilepsy2022

    • 著者名/発表者名
      Joshua Philippe Olorocisimo, Yasumi Ohta, Paul Rossener Regonia, Hironari Takehara, Makito Haruta, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Junichiro Yoshimoto, Kazushi Ikeda, Jun Ohta
    • 学会等名
      NEURO2022
  • [学会発表] CMOS Implantable Imaging Device and Mircrodialysis System for Observing Serotonergic Neurons During Nociception in Freely Moving Mice2022

    • 著者名/発表者名
      Latiful Akbar, Yasumi Ohta, Mamiko Kawahara, Makito Haruta, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • 学会等名
      NEURO2022
  • [学会発表] Simultaneous imaging of hippocampal subfields in freely moving GCaMP transgenic mice using a novel implantable micro-imager2022

    • 著者名/発表者名
      Mark Christian Guinto, Yasumi Ohta, Mamiko Kawahara, Hironari Takehara, Makito Haruta, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Jun Ohta
    • 学会等名
      NEURO2022
  • [学会発表] Implantable Optoelectronic Devices for Observation and Control of Biological Functions2022

    • 著者名/発表者名
      Jun Ohta, Kiyotaka Sasagawa, Makito Haruta, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro
    • 学会等名
      2022 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] CuO Nanoparticulate Modified Microelectrode for Neurotransmitters Detection by Fast-Scan Cyclic Voltammetry2022

    • 著者名/発表者名
      Nicha Sato, Makito Haruta, Yasumi Ohta, Hironari Takehara, Hiroyuki Tashiro, Kiyotaka Sasagawa, Oratai Jongprateep, Jun Ohta
    • 学会等名
      2022 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [備考] 光機能素子科学研究室

    • URL

      https://mswebs.naist.jp/LABs/pdslab/index-j.html

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公開日: 2023-12-25  

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