高密度ＣＭＯＳ電極による培養神経回路のネットワーク構造の解明

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23680050
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 医用生体工学・生体材料学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 高橋 宏知 東京大学, 先端科学技術研究センター, 講師 (90361518)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 神経細胞 / 脳 / ネットワーク / 培養 / 電極 / CMOS / 可塑性 / 神経回路

研究概要

神経細胞の分散培養系を対象として，1.8 mm角の計測領域に，11,011個の電極を有するCMOSアレイにより，培養神経ネットワークの形状と活動の関係を調べた．軸索に沿って伝播する活動電位の速度は，細胞内で大きくばらついており，軸索が太い部分では速く，細い部分では遅かった．また，ネットワークが成熟した後でも，発火頻度の低い神経細胞は活発に移動していることがわかった．さらに，軸索刺激に対する神経活動パターンから，ネットワークの機能結合を可視化し，ネットワークの可塑性を定量化する手法を確立した．

研究成果

• [雑誌論文] 成熟した培養神経回路のネットワーク形状と活動の経時変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大川知,…,高橋宏知
  • 雑誌名: 電気学会論文誌C電子情報システム部門誌 巻: 134 (3) ページ: 338-344
  • DOI: 10.1541/ieejeiss.134.338
• [雑誌論文] Tracking axonal action potential propagation on a high-density microelectrode array across hundreds of sites (2013)
  • 著者名/発表者名: DJ Bakkum, U Frey, M Radivojevic, TL Russell, J Müller, M Fiscella, H Takahashi, A Hierlemann
  • 雑誌名: Nature Communications 4: Art 巻: No. 2181 ページ: 12
  • DOI: 10.1038/ncomms3181
• [雑誌論文] Light-addressed single-neuron stimulation in dissociated neuronal cultures with sparse expression of ChR2 (2012)
  • 著者名/発表者名: H Takahashi,他
  • 雑誌名: Biosystems 巻: 107 (2) ページ: 106-112
  • DOI: 10.1016/j.biosystems.2011.10.002
• [学会発表] 高密度CMOSアレイ上の分散培養系の自発および誘発神経活動パターンに基づく機能ネットワークの推定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 三田毅,…,高橋宏知
  • 学会等名: 電気学会研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-03-21
• [備考]
  • URL: http://www.brain.rcast.u-tokyo.ac.jp/~takahashi/