Implantable device for measuring cerebral blood flow, neural activities and animal behaviors

用于测量脑血流量、神经活动和动物行为的植入装置

• 批准号: 19K16883
• 负责人: 春田 牧人
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K16883/
• 关键词: CMOSイメージセンサー; 脳機能イメージング; 脳血流計測; 蛍光イメージング; 自由行動実験; 脳血管障害; 長期間計測; マルチ生体シグナル計測; 行動実験

本研究では、大脳皮質体性感覚野における脳血流と脳神経活動を同時計測を目指し、2色LED( 緑色光[波長525 nm], 赤色光[625 nm])を搭載した小型脳機能計測用CMOSイメージングデバイスの開発を行った。本年度は、昨年度に達成した簡易設置構造(Modular head-mounted cortical imaging device for chronic monitoring of intrinsic signals in mice”, Journal of Biomedical Optics,27(2),026501,2022/02/14)を搭載したCMOSイメージングデバイスを用いて、遺伝子組み換えマウスを使用した脳機能観察実験を実施した。カルシウム蛍光プローブGCaMP6を発現する遺伝子組み換えマウスを使用した脳表血流・蛍光観察実験を行った。デバイスには血流観察用LED(波長535nm)、蛍光励起用LED(波長465nm)と励起光カット用ロングパスフィルタ(500nm Cut-On)が搭載されている。脳刺激に応答する血流変化と蛍光変化を同時に計測する事に成功し、血流と神経活動の関連性評価に有効なデバイスを開発できたと考えている。本研究成果は、"脳表観察用ヘッドマウント蛍光イメージングデバイスの開発", 第96回日本薬理学会年会, 2022/12/1)"、および"脳表血流・蛍光観察用ヘッドマウントCMOSイメージングデバイス", 第83回応用物理学会秋季学術講演会, 2022/9/20で、口頭発表を行った。応用物理学会における発表は、注目講演として選ばれ、応用物理学会から注目講演プレスリリースが行われている(https://www.jsap.or.jp/pressrelease/pr20220914)。

In this study, the development of CMOS technology for small scale functional measurement was carried out by mounting a two-color LED(green light [wavelength 525 nm], red light [625 nm]) for simultaneous measurement of blood flow and nervous activity in large cortical sensing fields. This year, a simple setup structure (Modular head-mounted cortical imaging device for chronic monitoring of intrinsic signals in mice, Journal of Biomedical Optics,27(2), 026501, February 14, 2022) was implemented. GMP 6 is the first to be used for detecting blood flow. LED for blood flow detection (wavelength 535nm), LED for excitation (wavelength 465nm) and LED for excitation (wavelength 500nm Cut-On) are installed. Stimulation, blood flow, and light activity are measured simultaneously, and the correlation between blood flow and brain activity is evaluated. The results of this research include "Development of CMOS technology for surface observation," 96th Annual Meeting of Japan Institute of Physics, December 1, 2022,"" Development of CMOS technology for surface blood flow and surface observation,"83rd Autumn Academic Lecture of Japan Institute of Applied Physics, September 20, 2022, and oral presentation. The Institute of Applied Physics (IPAS) has published a number of reports and lectures on the subject (https://www.jsap.or.jp/pressrelease/pr20220914).

项目成果

Development of Small Fluorescence Imaging Device with Multi-Electrode Array for the Electrophysiology

电生理学小型多电极阵列荧光成像装置的研制

• 发表时间: 2021
• 作者: Teixeira Sais Barbara;Tso Kuang-Chih;Makito Haruta;Hironari Takehara;Hiroyuki Tashiro;Kiyotaka Sasagawa;Jun Ohta
• 通讯作者: Jun Ohta

脳表血流・蛍光観察用ヘッドマウントCMOSイメージングデバイス

用于脑表面血流和荧光观察的头戴式CMOS成像装置

• 发表时间: 2022
• 作者: 春田 牧人;Guinto Mark;太田 安美;河原 麻実子;竹原 浩成;田代 洋行;笹川 清隆;太田 淳
• 通讯作者: 太田 淳

Compact device for simultaneous cell electrophysiological signal and fluorescence imaging acquisition

用于同时采集细胞电生理信号和荧光成像的紧凑型设备

• 发表时间: 2022
• 作者: Barbara Teixeira Sais;Makito Haruta;Kuang-Chih Tso;Mizuki Hagita;Takanori Hagiwara;Kenji Sugie;Ayaka Kimura;Hironari Takehara;Hiroyuki Tashiro;Kiyotaka Sasagawa;Jun Ohta
• 通讯作者: Jun Ohta

ウス頭部に簡易設置可能な小型蛍光・血流観察用イメージングデバイス

紧凑型荧光/血流观察成像装置，可轻松安装在小鼠头部

• 发表时间: 2021
• 作者: 倉澤 和暉;Guinto Mark Christian;春田 牧人;竹原 浩成;田代 洋行;笹川 清隆;太田 淳
• 通讯作者: 太田 淳

Chronic monitoring of intrinsic optical signals in the mouse cortexusing an implantable CMOS-based imaging device

使用基于 CMOS 的植入式成像设备对小鼠皮层中的内在光信号进行长期监测

• 发表时间: 2021
• 作者: Mark Christian Guinto;Makito Haruta;Taisuke Saigo;Kazuki Kurasawa;Hironari Takehara;Hiroyuki Tashiro;Kiyotaka Sasagawa;Jun Ohta
• 通讯作者: Jun Ohta