フィードバック制御を用いた三次元電流刺激法による聴覚野皮質インプラントの開発

本研究は、フィードバック制御機構を持つ、ラット聴皮質への三次元電極インプラントの開発を目的とし、平成23年度は、主に一次聴覚野(A1)のコア領域に関して(I-a)～(I-d)の4つの課題を計画した。(I-a)は、A1における体積導体モデルの作成である。A1での電気伝導率は、電気的特性が体性感覚野バレル領域とほぼ同等の性質を持っていることがわかり、後藤らが以前に測定した電気伝導率を導体モデルに用いた。次に、その導体モデルを用いて、(I-b)のA1における三次元細胞外電位記録を行い、各層によって神経発火と局所電位の関係性が異なることを示した(Ogawa et al,J Neurosci,2011)。また、同様の三次元細胞外電位記録を体性感覚野で行い、脳波の信号源となる神経活動を明らかにした(Riera et al,J Neurophysiol,査読中)。(I-c)の電位感受性蛍光イメージング法によるA1の各層間の解剖学的・機能的結合の調査は、東日本大震災による実験機器への損傷があり、実験を行うことができなかった。しかし、(I-d)に示した、聴覚刺激と各層におけるA1の神経活動を関係づけるデータベースである聴覚情報処理ライブラリー作成は、(I-b)の実験データを用いて作成することが出来た。さらに、大脳皮質の主要な興奮性神経細胞である第6層の錐体細胞の数学モデルの作成も行い(Wang et al,J Comp Neurosci,査読中)、聴覚情報処理ライブラリーを用いた神経活動群シミュレーションを行う準備ができた。また、研究代表者のグループのみならず、フランス・リヨン神経科学センター(リエラ、後藤、小川)、米国・フロリダ国際大学(後藤)、ノルウェー・ノルウェー大(リエラ、後藤)など、幅広い分野の研究者との共同研究が円滑に行われ、これらの研究成果を上げることができた。

本研究は、フィードバック制御機構を持つ、ラット聴皮質への三次元電極インプラントの開発を目的とし、平成23年度は、主に一次聴覚野(A1)のコア領域に関して(I-a)～(I-d)の4つの課題を計画した。(I-a)は、A1における体積導体モデルの作成である。A1での電気伝導率は、電気的特性が体性感覚野バレル領域とほぼ同等の性質を持っていることがわかり、後藤らが以前に測定した電気伝導率を導体モデルに用いた。次に、その導体モデルを用いて、(I-b)のA1における三次元細胞外電位記録を行い、各層によって神経発火と局所電位の関係性が異なることを示した(Ogawa et al,J Neurosci,2011)。また、同様の三次元細胞外電位記録を体性感覚野で行い、脳波の信号源となる神経活動を明らかにした(Riera et al,J Neurophysiol,査読中)。(I-c)の電位感受性蛍光イメージング法によるA1の各層間の解剖学的・機能的結合の調査は、東日本大震災による実験機器への損傷があり、実験を行うことができなかった。しかし、(I-d)に示した、聴覚刺激と各層におけるA1の神経活動を関係づけるデータベースである聴覚情報処理ライブラリー作成は、(I-b)の実験データを用いて作成することが出来た。さらに、大脳皮質の主要な興奮性神経細胞である第6層の錐体細胞の数学モデルの作成も行い(Wang et al,J Comp Neurosci,査読中)、聴覚情報処理ライブラリーを用いた神経活動群シミュレーションを行う準備ができた。また、研究代表者のグループのみならず、フランス・リヨン神経科学センター(リエラ、後藤、小川)、米国・フロリダ国際大学(後藤)、ノルウェー・ノルウェー大(リエラ、後藤)など、幅広い分野の研究者との共同研究が円滑に行われ、これらの研究成果を上げることができた。