情報通信技術を応用した光学的大規模膜電位計測法の開拓

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21H02437
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43040:生物物理学関連
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 三上 秀治 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (60754976)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 多光子顕微鏡 / 神経活動計測 / 膜電位イメージング

研究成果の概要

膜電位応答性蛍光タンパク質を用いた大規模な神経活動計測手法の開発を目的として種々の検討を行った。まず、計測条件検討のために自作の多光子顕微鏡を設計・構築し、神経細胞からの蛍光画像取得を可能とした。次に、測定対象の神経細胞が計測中に移動することを想定し、細胞位置推定・追跡アルゴリズムの開発および原理検証を実施した。さらに、入手可能な対物レンズ、スキャナ等の光学素子を用いた多点検出手法の実装形態について検討するとともに、具体的な実装形態における計測頻度の見積もりを数値シミュレーションおよび理論計算により行い、約2000個のマウスの神経細胞をおよそ1kHzで計測可能な条件を見出した。

自由記述の分野

バイオフォトニクス

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は脳内のニューラルネットワークのふるまいを実際に記録するための手段を検討するものであり、脳に対する基本的な理解および神経疾患の機序解明につながるという点において理学、あるいは医科学としての学術的意義および社会的意義を有する。さらに、本研究では従来標準的に用いられてきたイメージングに基づく神経活動計測手法の限界を打破するための新たな計測手段を追究するものであり、工学の観点からも新たな計測学を開拓するという点で学術的意義を有する。