培養神経系モデルを用いた脳神経システムの機能化誘導技術の開発

利用培养神经系统模型开发脑神经系统功能化诱导技术

• 批准号: 06J11291
• 负责人: 硯川 潤
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J11291/
• 关键词: 光アドレス電極; 培養神経細胞; 電気刺激; カルシウムイメージング; 二酸化チタン; アモルファスシリコン; pH勾配; バイオチップ; 保護膜

本研究の目的は,本来は自己組織的に生じる神経回路の機能形成を,能動的に誘導・制御するための基礎的指針を構築することである.複雑な大脳皮質の神経回路を対象とする前に,より単純なモデルである培養神経系を用いて同指針を確立する.主な研究成果を以下に述べる.a)培養神経細胞に高分解能な電気刺激を自在な空間パターンで与えるために,光導電性基板への光照射で仮想電極を形成できる光アドレス電極を開発した.分解能向上のために,光導電体には薄膜半導体を用い,低導電性の防水膜で電極表面を保護する手法を考案した.b)Digital micromirror deviceを用いたアドレス光照射系とカルシウムイメージングのための蛍光計測系とを組み合わせることで,光アドレス電極上の分散培養系に電気刺激を与え,誘発される神経活動を計測するための実験系を構築した.同実験系の空間分解能は,刺激・計測共に単一細胞レベルを達成し,局所的な神経回路の機能構造を調べるために有用である.c)光アドレス刺激による神経細胞群への入力パターンと,それで誘発される応答パターンを比較することで,局所回路中のシナプス伝達特性に顕著な非線形性が見られることがわかった.また,高周波数の光アドレス刺激を細胞凝集体に与えることで,可塑的な反応強度変化を誘発できた.これらの結果は,本研究で開発した手法が,培養神経系における機能構造の制御・調査に有用な研究手段であることを示している.

The purpose of this study is to construct the basic guidelines for the formation of functional circuits and active induction and control of self-organization. The neural circuits of the complex cortex are related to the development of neural networks. The main research results are as follows: a) High decomposition energy of cultured neurons, electrical stimulation, formation of photoelectrodes by light irradiation of photoconductive substrates, and development of photoelectrodes. A method for protecting the electrode surface by using a thin film semiconductor with a low conductivity and a waterproof film with an upward decomposition energy is investigated.b) A method for protecting the electrode surface by using a Digital micromirror device is investigated. The system of measurement of mental activity was constructed. The spatial decomposition of the same system can be achieved by stimulation and measurement of a single cell cycle, and the functional structure of the central nervous circuit can be adjusted.c) The input force of the neural cell population under light stimulation can be compared with the response of the central nervous circuit, and the nonlinear characteristics of the central nervous circuit can be observed. High frequency light waves stimulate cell aggregates and induce changes in the intensity of plastic responses. The results show that this study is a useful research method for the control and investigation of functional structure of cultured nervous system.

项目成果

光照射で刺激部位を選択できるアモルファスシリコン電極の開発

开发可通过光照射选择刺激部位的非晶硅电极

• 发表时间: 2006
• 期刊: 電気学会研究会資料 MBE-06-1-22
• 作者: 硯川潤;高山祐三;中尾政之;神保泰彦;高橋宏和
• 通讯作者: 高橋宏和

Light-addressable planar electrode with hydrogenated amorphous silicon and low-conductive passivation layer for stimulation of cultured neurons

具有氢化非晶硅和低导电钝化层的光可寻址平面电极，用于刺激培养的神经元

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proceedings of the 28th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
• 作者: Suzurikawa J;Takahashi H;Takayama Y;Warisawa S;Mitsuishi M;Nakao M;Jimbo Y
• 通讯作者: Jimbo Y

Light-addressable electrode with hydrogenated amorphous silicon and low-conductive passivation layer for stimulation of cultured neurons,

具有氢化非晶硅和低导电钝化层的光寻址电极，用于刺激培养的神经元，

• 发表时间: 2007
• 期刊: Appl.Phys.Lett. 90
• 作者: Suzurikawa J;Jimbo Y. 他
• 通讯作者: Jimbo Y. 他

低導電性保護膜を有する光アドレス電極の光電気特性と同電極を用いた電気刺激の空間分

具有低电导率保护膜的光寻址电极的光电特性以及使用同一电极的电刺激的空间分布

• 发表时间: 2007
• 期刊: 電気学会論文誌C 127
• 作者: 硯川 潤;高橋 宏知;神崎 亮平;中尾 政之;神保 泰彦
• 通讯作者: 神保 泰彦

Light-Addressable Electrode for Probing Functional Neuronal Networks in Culture

用于探测培养物中功能神经元网络的光可寻址电极

• 发表时间: 2008
• 作者: Suzurikawa J;Nakao M;Jimbo Y;Kanzaki R;Takahashi H
• 通讯作者: Takahashi H