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2010 年度 実績報告書

人工視覚への応用を目指した光による双方向情報伝達技術の創成

研究課題

研究課題/領域番号 22800044
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

小林 琢磨  奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 研究員 (80582288)

キーワードCMOS / LSI / 脳内埋植 / 電位感受性色素 / 蛍光イメージング / 人工視覚
研究概要

本年度は試作したデバイスによる神経細胞の電位蛍光イメージング技術の確立を目指した。まずHEK293、PC12細胞を用いてon-chip細胞培養を行い、電位感受性蛍光指示薬のRH795による染色条件、high-K^+による細胞刺激手順、蛍光測定条件などを検討した。また光検出半導体素子アレイ上で長期細胞培養するための防水加工、細胞接着コート材の検討を行った。これらの検討をもとに測定用フィルタ透過特性の最適化、蛍光励起用LEDの波長変更を行うなど試作デバイスを改良した。改良した試作デバイス上で新生仔マウス大脳皮質より摘出した神経幹細胞の初代培養を行った。1ヶ月間培養して成熟、分化させた神経細胞で電位蛍光イメージ解析を行った。この結果、high-K^+刺激に応答した神経細胞の脱分極反応をリアルタイムでタイムラプスイメージングすることに成功した。次に試作したデバイスを用いて、マウス大脳皮質急性スライス組織で同様に電位蛍光イメージ解析を行い、刺激強度依存的な応答変化を検出した。またマウス生体脳視覚野領域にデバイスを埋植し、high-K+刺激、刺入電極からの電気刺激、またアトロピンで十分に散瞳させた眼から光刺激を与えて電位蛍光イメージ解析を行った。この際脳組織の染色条件、均一励起光照射のためのLED実装条件などの検討を行い、デバイスを改良して試作した。さらに頭骨と干渉しないようデバイス基板の外形加工、生体脳内へのデバイス埋植方法、長期留置のための術式などを改良することで適用した。また制御ボードの雑音低減と測定ソフトを改変して検出信号の最適化を行い一連のイメージングシステムを改良して再構築した。この結果、生体脳視覚野に埋植したデバイスによる神経細胞の電位蛍光イメージングが可能となった。また、既存技術では不可能な自由行動下マウスの左右視覚野を同時に測定するデュアルイメージングシステムを構築した。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (15件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Implantable CMOS Image Sensors for Monitoring Brain Activities.2011

    • 著者名/発表者名
      Sasagawa K, Kobayashi T, Noda T, Tokuda T, Ohta J
    • 雑誌名

      Function & Materials

      巻: 354;31(2) ページ: 24-32

  • [雑誌論文] Potentiometric Dye Imaging for Pheochromocytoma and Cortical Neurons with a Novel Measurement System Using an Integrated Complementary Metal-Oxide Semiconductor Imaging Device.2010

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi T, Tagawa A, Noda T, Sasagawa K, Tokuda T, Hatanaka Y, Tamura H, Ishikawa Y, Shiosaka S, Ohta J.
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys.

      巻: 49 ページ: 117001(1-7)

    • 査読あり
  • [学会発表] 二色フィルタ搭載蛍光観察バイオメディカルフォトニックLSI2011

    • 著者名/発表者名
      Y. Sawadsaringkarn, 小林琢磨(他4名)
    • 学会等名
      第58回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学
    • 年月日
      2011-03-26
  • [学会発表] CMOS-based Biomedical Photonic LSI (BpLSI) for dual-color on-chip bioimaging2011

    • 著者名/発表者名
      Yosmongkol Sawadsaringkarn, Takuma Kobayashi, Toshihiko Noda, Kiyotaka Sasagawa, Takashi Tokuda, Jun Ohta
    • 学会等名
      M&RE6
    • 発表場所
      仙台国際センター
    • 年月日
      2011-03-16
  • [学会発表] 埋込型脳機能イメージングシステムの画質向上に関する研究2011

    • 著者名/発表者名
      水田裕樹, 田川礼人, 小林琢磨(他8名)
    • 学会等名
      第9回関西学生研究論文講演会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2011-03-10
  • [学会発表] 生体内蛍光イメージングの高解像度化に向けたライトガイドアレイ搭載CMOSセンサの開発2011

    • 著者名/発表者名
      種子田浩志, 水田裕樹, 田川礼人, 小林琢磨(他8名)
    • 学会等名
      第9回関西学生研究論文講演会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2011-03-10
  • [学会発表] In-vivo脳神経蛍光イメージング用ライトガイドアレイ搭載CMOSイメージセンサ2011

    • 著者名/発表者名
      笹川清隆, 安藤圭祐, 種子田浩志, 水田裕樹, 田川礼人, 小林琢磨(他3名)
    • 学会等名
      光エレクトロニクス研究会(信学技報)
    • 発表場所
      機械振興会館
    • 年月日
      2011-03-04
  • [学会発表] Potentiometric dye imaging for pheochromocytoma and cortical neurons with a novel complementary metal-oxide semiconductor imaging sensor.2010

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi T, Tagawa A, Noda T, Sasagawa K, Tokuda T, Hatanaka Y, Tamura H, Ishikawa Y, Shiosaka S, Ohta J
    • 学会等名
      Neural Interfaces Conference
    • 発表場所
      Long Beach Convention Center (CA, USA)
    • 年月日
      20100621-20100623
  • [学会発表] バイオメディカルフォトニックLSIによる神経細胞の電位イメージング2010

    • 著者名/発表者名
      小林琢磨, 田川礼人, Yosmongkol Sawadsaringkarn, 野田俊彦, 笹川清隆, 徳田崇, 畠中由美子, 田村英紀, 石川保幸, 塩坂貞夫, 太田淳
    • 学会等名
      第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会 合同大会(BMB2010)
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド、国際会議場
    • 年月日
      2010-12-07
  • [学会発表] 脳機能計測用バイオメディカルフォトニックLSIの開発と機能評価2010

    • 著者名/発表者名
      野田俊彦, 小林琢磨(他6名)
    • 学会等名
      CREST「光・光量子科学技術の新展開」領域の第3回公開シンポジウム
    • 発表場所
      日本科学未来館
    • 年月日
      2010-11-26
  • [学会発表] BpLSIデバイスを用いた培養神経細胞、脳スライス、視覚野での電位感受性色素イメージング2010

    • 著者名/発表者名
      小林琢磨, Yosmongkol Sawadsaringkarn, 田川礼人, 野田俊彦, 笹川清隆, 徳田崇, 畠中由美子, 田村英紀, 石川保幸, 塩坂貞夫, 太田淳
    • 学会等名
      第3回センシングアーキテクトシンポジウム(ADIST2010)
    • 発表場所
      名古屋国際センター
    • 年月日
      2010-10-21
  • [学会発表] 脊椎動物の眼胞発生と背腹軸の役割2010

    • 著者名/発表者名
      荒木正介, 小林琢磨, 門脇由佳, 牛嶋一恵
    • 学会等名
      第81回日本動物学会大会
    • 発表場所
      東京大学 駒場キャンパス
    • 年月日
      2010-09-25
  • [学会発表] バイオメディカルフォトニックLSIによる培養神経細胞のオンチップ電位感受性色素イメージング2010

    • 著者名/発表者名
      小林琢磨, 田川礼人, Yosmongkol Sawadsaringkarn, 野田俊彦, 笹川清隆, 徳田崇, 畠中由美子, 田村英紀, 石川保幸, 塩坂貞夫, 太田淳
    • 学会等名
      第25回生体・生理工学シンポジウム(BPES2010)
    • 発表場所
      岡山大学
    • 年月日
      2010-09-24
  • [学会発表] バイオメディカルフォトニックLSIによる生体脳視覚野における神経細胞の電位イメージング2010

    • 著者名/発表者名
      小林琢磨(他10名)
    • 学会等名
      第71回応用物理学会
    • 発表場所
      長崎大学
    • 年月日
      2010-09-16
  • [学会発表] Potentiometric dye imaging for cortical neurons with a novel measurement system using a implantable CMOS imaging device2010

    • 著者名/発表者名
      T. Kobayashi(他9名)
    • 学会等名
      Neuro 2010
    • 発表場所
      神戸コンベンションセンター
    • 年月日
      2010-09-03
  • [学会発表] 脳深層部機能計測用埋込型スマートCMOSイメージセンサ2010

    • 著者名/発表者名
      田川礼人, 水田裕樹, 種子田浩志, 小林琢磨, 野田俊彦, 笹川清隆, 徳田崇, 太田淳
    • 学会等名
      情報センシング研究会
    • 発表場所
      東京大学 本郷キャンパス
    • 年月日
      2010-05-31
  • [学会発表] 脳深部機能計測用マルチファンクショナルCMOSイメージセンサの開発2010

    • 著者名/発表者名
      田川礼人, 小林琢磨, 野田俊彦, 笹川清隆, 徳田崇, 太田淳
    • 学会等名
      学術会議シンポジウム
    • 発表場所
      日本学術会議講堂
    • 年月日
      2010-04-09
  • [備考]

    • URL

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

  • [産業財産権] 生体光双方向情報交換システム及び該システムの制御方法2010

    • 発明者名
      小林琢磨、石川保幸、塩坂貞夫、太田淳
    • 権利者名
      小林琢磨、石川保幸、塩坂貞夫、太田淳
    • 産業財産権番号
      特許、特願2010-245186
    • 出願年月日
      2010-11-01

URL: 

公開日: 2012-07-19  

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