Modeling neurodegenerative diseases in artificial neuronal networks

在人工神经元网络中模拟神经退行性疾病

• 批准号: 22KK0177
• 负责人: 山本 英明
• 金额: $ 12.9万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-10-07 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KK0177/
• 关键词: 培養神経回路; マイクロ流体デバイス; 蛍光カルシウムイメージング; 多点電極アレイ

神経変性疾患の多くは，神経回路網の機能異常としてその病態を理解する必要がある．研究代表者らはこれまでに，生体の脳神経系に近いネットワーク構造をもった神経細胞回路（「人工神経細胞回路」）を構築するための微細加工技術を開発し，神経回路網の基礎研究における有用性を示してきた．本計画では，培養細胞を用いた疾患モデリングで世界最高水準の技術を保有するバルセロナ大学Jordi Soriano准教授との国際共同研究を通じて，人工神経細胞回路の技術を神経変性疾患のモデリングそして機能動態解析へと展開する．本研究計画は，次の3つの内容から構成される：①デバイス作製，②生物実験，③数理モデル構築．研究課題初年度にあたる本年度は主として①に関する実験を推進し，培養神経回路をモジュール状にパターニングするための薄膜型マイクロ流体デバイスを作製した．プロセスは，（1）フォトレジストSU-8を用いて鋳型モールドを作製し，（2）ポリジメチルシロキサンゲルをドロップキャスト法により展開し硬化させる，という2つのステップからなる．正方形モジュールを2×2個または4×4個にアレイ化した構造を基本パターンとして，モジュール間を接続するマイクロチャネルの幅を2～10 μmの間で変化させて各モジュール間の相互作用の強さを調整した．また③については，2022年10月に研究代表者がバルセロナ大学を訪問し，情報理論的指標を用いた神経細胞ネットワークの機能解析方法の応用可能性などについて議論した．

Many neurologic disorders require an understanding of the dysfunction of the neurologic circuit network. The research representatives have demonstrated the usefulness of micromachining techniques for the construction of neural cell circuits (artificial neural cell circuits) in the near future in biological neural systems. This project aims to maintain the world's highest level of technology for the use of cultured cells in diseases, and to develop an international collaborative research project by Jordi Soriano, Associate Professor of Artificial Neural Cell Circuit Technology for the Dynamic Analysis of Neurological Diseases. This research project includes three parts: ① the construction of biological system, ② the construction of biological system, ③ the construction of mathematical system. This year's research project is mainly aimed at promoting the development of a thin film fluid system for the cultivation of brain cells. (1) The SU-8 is used to control the structure of the structure,(2) the structure of the structure is used to control the structure of the structure,(3) the structure of the structure is used to control the structure of the structure,(4) the structure of the structure is used to control the structure of the structure,(5) the structure of the structure is used to control the structure of the structure,(6) the structure of the structure is used to control the structure of the structure,(7) the structure of the structure is used to control the structure of the structure,(8) the structure of the structure is used to control the structure of the structure,(8) the structure of the structure is used to control the structure of the structure,(9) the structure of the structure is used to control the structure of the structure,(8) the structure of the structure is used to control the structure of the structure,(9) the structure of the structure is used to control the structure,(9) the structure of the structure is used to control the structure of the structure,(10) the structure is used to control the structure of the structure,(9) the The square pattern is composed of 2 × 2 patterns and 4 × 4 patterns. The pattern is basically composed of 2 × 2 patterns and 4 × 4 patterns. The amplitude of the pattern is 2~10 μ m and the intensity of the interaction between the patterns is adjusted. In October 2022, the research representative visited the university and discussed the possibility of using the index of information theory to analyze the function of the neuron.

项目成果

In vitro reconstruction of artificial neuronal networks with oriented intermodular connections

具有定向模块间连接的人工神经元网络的体外重建

• 发表时间: 2023
• 作者: Nobuaki Monma;Hideaki Yamamoto;Hakuba Murota;Moriya Satoshi;Ayumi Hirano;Shigeo Sato
• 通讯作者: Shigeo Sato

高密度多点電極アレイ上にパターニングしたモジュール構造型培養神経回路の刺激応答特性の解析

高密度多点电极阵列上模块化培养神经回路的刺激响应特性分析

• 发表时间: 2023
• 作者: 薗勇輝;山本英明;佐藤有弥;谷井孝至;平野愛弓;佐藤茂雄
• 通讯作者: 佐藤茂雄

Physical reservoir computing with biological neuronal network with modular organization

具有模块化组织的生物神经网络的物理储层计算

• 发表时间: 2023
• 作者: T. Sumi;H. Yamamoto;K. Ito;Y. Katori;S. Sato;A. Hirano-Iwata
• 通讯作者: A. Hirano-Iwata

大規模モジュール構造型培養神経回路の作製と自発活動の解析

大规模模块化培养神经回路的创建和自发活动的分析

• 发表时间: 2023
• 作者: 伊藤亘輝;山本英明;住拓磨;室田白馬;門間信明;佐藤茂雄;平野愛弓
• 通讯作者: 平野愛弓

An adaptive automatic system for analyzing single channel currents

一种单通道电流自适应自动分析系统

• 发表时间: 2023
• 作者: A. Hirano-Iwata;M. Sato;M. Hariyama;M. Komiya;H. Yamamoto
• 通讯作者: H. Yamamoto