ニューラルネットワークの信号伝達がガス分子によって抑制される機構の解明

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23350001
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 内田 努 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70356575)
• 研究分担者: 郷原 一寿 北海道大学, 大学院・工学研究院, 教授 (40153746) ; 永山 昌史 北海道教育大学, 教育学部, 准教授 (70374585)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 生物物理化学 / 麻酔 / ニューラルネットワーク / 電気信号測定 / 分光測定

研究概要

キセノン(Xe)ガスによるニューラルネットワークの信号伝達抑制機構を解明するため、二つの側面から観測を行った。培養ニューラルネットワークの電気信号を、Xeガスを0.1～0.5Mpaまで印加した状態で測定した結果、0.3MPa以上の圧力下でネットワーク特有な信号が完全に抑制された（メゾスコピック観察）。またXeガス加圧下でのニューロンのラマン分光観測を行い、その信号変化を観測した。計算機シミュレーションとの比較から、細胞膜にXeガスが溶解しその機能を変化させる可能性を見出した（マイクロスコピック観察）。これらの結果から、Xeがニューラルネットワーク中の信号伝達を抑制するメカニズムを検討した。

研究成果

• [雑誌論文] Raman spectroscopic measurements on DEPC liposome : phase transition observation under Xe-gas pressure (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Uchida and A. K. Sum
  • 雑誌名: 低温科学 巻: 71 ページ: 105-110
  • URL: http://hdl.handle.net/2115/52360
• [雑誌論文] ラット心筋細胞の常温保存研究 -ガス印加の影響- (2013)
  • 著者名/発表者名: 奥平俊樹, 永山昌史, 郷原一寿, 内田努
  • 雑誌名: 低温科学 巻: 71 ページ: 81-89
  • URL: http://hdl.handle.net/2115/52356
• [雑誌論文] Neuronal cell patterning on a multi-electrode array for a network analysis platform (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Suzuki, K. Ikeda, M. Yamaguchi, S. N. Kudoh, K. Yokoyama, R. Satoh, D. Ito, M. Nagayama, T. Uchida, K. Gohara
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: Vol. 34 ページ: 5210-5217
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2013.03.042
  • 査読あり
• [雑誌論文] Xenoninduced inhibition of synchronized bursts in a rat cortical neuronal network (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Uchida, S. Suzuki, Y. Hirano, D. Ito, M. Nagayama, and K. Gohara
  • 雑誌名: Neuroscience 巻: 214 ページ: 149-158
  • DOI: 10.1016/j.neuroscience.2012.03.063
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dimethyl sulfoxide による分散ラット心筋細胞の凍結保護機構の実験的検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 内田努, 宮村謙一郎, 永山昌史, 郷原一寿
  • 雑誌名: 低温生物工学会誌 巻: 58 (1) ページ: 59-63
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell Patterning Using a Template of Micro-structured Organosilane Layer Fabricated by Vacuum Ultraviolet Light Lithography (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Yamaguchi, K. Ikeda, M. Suzuki, A. Kiyohara, S. N. Kudoh, K. Shimizu, T. Taira, D. Ito, T. Uchida, K. Gohara
  • 雑誌名: Langmuir 巻: Vol. 27, No. 20 ページ: 12521-12532
  • DOI: 10.1021/la202904g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimal temperature range for low-temperature preservation of dissociated neonatal rat cardiomyocytes (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Uchida, M. Nagayama, T. Taira, K. Shimizu and M. Sakai, K. Gohara
  • 雑誌名: Cryobiology 巻: Vol. 63, No. 3 ページ: 279-284
  • DOI: 10.1016/j.cryobiol.2011.09.141
  • 査読あり
• [学会発表] Analysis of signal propagation in the isolated patterned cortical neuronal networks (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Anisimova, K. Yokoyama, D. Ito, M. Suzuki, T. Uchida, K. Gohara
  • 学会等名: 平成25年度生物物理学会北海道支部例会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-03-11
• [学会発表] ラット大脳皮質ニューラルネットワークにおける同期バースト活動のキセノンガスによる抑制効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田邊隆太朗, 窪田竜也, 伊東大輔, 郷原一寿, 内田努
  • 学会等名: 平成25年度北大細胞生物研究集会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-03-10
• [学会発表] Raman measurements on DEPC Liposome (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Uchida, A.K. Sum
  • 学会等名: H_2O を科学する・2013
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2013-12-03
• [学会発表] Analysis and control of cultured neuronal networks using multi-electrode arrays : from gene expression to network dynamics (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Ito, K. Yokoyama, T. Uchida, K. Gohara
  • 学会等名: IVth Int. Conf. Topical Problems in Biophotonics 2013
  • 発表場所: Russia
  • 年月日: 2013-07-22
  • 招待講演
• [学会発表] キセノンガスによる培養ニューラルネットワークの信号抑制 (2013)
  • 著者名/発表者名: 内田努, 鈴木翔太郎, 平野雄大, 伊東大輔, 永山昌史, 郷原一寿
  • 学会等名: 第7回メカノセンシング研究会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2013-03-07
• [学会発表] Xe ハイドレートと凍結を併用した植物組織の長期保存 (2012)
  • 著者名/発表者名: 王蕾, 大下誠一, 内田努, 竹谷敏, 川越義則, 牧野義雄, 米山明男
  • 学会等名: 農業環境工学関連学会2012年合同大会
  • 発表場所: 宇都宮
  • 年月日: 2012-09-12
• [学会発表] ネットワーク解析のための多点電極基板上への神経細胞パターン作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木正昭, 山口宗宏, 池田光二, 工藤卓, 横山慶子, 伊東大輔, 永山昌史, 内田努, 郷原一寿
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛
  • 年月日: 2012-09-12
• [学会発表] 脂肪細胞内での脂肪酸動態の解明に向けて (2012)
  • 著者名/発表者名: 永山昌史, 内田努
  • 学会等名: バイオラマン研究会
  • 発表場所: 和光
  • 年月日: 2012-05-19
• [学会発表] Gas Structured Water : From Gas Hydrates to Cellular Activity Inhibition (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Uchida
  • 学会等名: WINPTech2011, "Water and Light" session
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2011-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] 市販多点電極基板上への神経細胞パターニング (2011)
  • 著者名/発表者名: 池田光二, 山口宗宏, 鈴木正昭, 伊東大輔, 内田努, 郷原一寿, 工藤卓
  • 学会等名: 日本化学会北海道支部2011年夏季研究発表会
  • 発表場所: 室蘭
  • 年月日: 2011-07-23
• [学会発表] Dimethyl sulfoxide による分散ラット心筋細胞の凍結保護機構の実験的検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 内田努, 宮村謙一郎, 永山昌史, 郷原一寿
  • 学会等名: 第56回低温生物工学会大会年会
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 2011-07-07
• [備考]
  • URL: http://labs.eng.hokudai.ac.jp/labo/BioPhysics/