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2020 年度 実績報告書

マイクロデバイスを用いた軸索における伝導調節機構のモデル化

公募研究

研究領域ソフトロボット学の創成:機電・物質・生体情報の有機的融合
研究課題/領域番号 19H05323
研究機関東京大学

研究代表者

榛葉 健太  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (80792655)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワード軸索 / マイクロデバイス / 髄鞘
研究実績の概要

本研究では 末梢神経細胞および中枢神経細胞において 軸索の伝導特性変化を実験的に測定し軸索の情報処理モデルを構築することを目的とした.感覚神経細胞と中枢神経細胞の軸索について,髄鞘形成による長期的変化,および活動依存性の短期的変化を実験的に計測した.
最終年度に当たる本年度は,初年度に開発した高密度電極アレイを用いた末梢神経細胞からの活動計測法を用い,軸索における伝導特性変化の検出に注力した.最初に,細胞培養系においても,末梢神経細胞に対してシュワン細胞が髄鞘を形成することを,蛍光顕微鏡および透過型電子顕微鏡を用いて確認した.さらに電気計測から,同条件の培養系から2か月以上にわたって活動を計測できることを確認した.計測されたデータから軸索を高精度に検出する方法を開発し,軸索において局所的に振幅が低く伝導速度が高い部分を抽出した.伝導速度と空間的な信号の特性より,跳躍伝導を検出できた可能性が高いと考えられる.以上から,目的の一部である長期的変化の検出に成功したと考えた.
さらに,個々の細胞に対して様々な頻度で電気刺激を印加するための計測手順を最適化し,2Hzから50Hzまでの刺激に対する応答を計測した.加えて,対象電極の近傍のデータをまとめて用いることで,加算平均操作なしでの活動検出に成功した.本手法により,伝導が確率的に停止する現象を検出できた.さらに,刺激頻度に依存して伝導時間が延長すること,および活動を示さない休止期の後に伝導時間が一部回復することを示した.刺激頻度依存的な伝導特性変化が見られたことより,目的とした活動依存性の短期的変化の計測に成功したと結論付けた.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2021 2020

すべて 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [学会発表] 高密度電極アレイを用いた軸索の伝導特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      榛葉健太,小谷潔,神保泰彦
    • 学会等名
      第126回日本解剖学会総会・全国学術集会 / 第98回日本生理学会大会 合同大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Recording propagating action potential along sensory fibers with high density microelectrode array toward in vitro detection of saltatory conduction2020

    • 著者名/発表者名
      Kenta Shimba, Kiyoshi Kotani, Yasuhiko Jimbo
    • 学会等名
      FENS2020 Virtual Forum
    • 国際学会
  • [学会発表] IN VITRO RECORDING OF PROPAGATING ACTION POTENTIAL ALONG SENSORY AXON WITH HIGH DENSITY MICROELECTRODE ARRAY2020

    • 著者名/発表者名
      Kenta Shimba, Kiyoshi Kotani, Yasuhiko Jimbo
    • 学会等名
      ISSCR Annual Meeting
    • 国際学会

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公開日: 2021-12-27  

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