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パターニング培養を用いた神経細胞群のてんかん性活動におけるゆらぎ解析と医療応用

利用模式培养和医学应用分析神经元群癫痫活动的波动

基本信息

批准号：
10J06287
负责人：
後藤美穂
金额：
$ 0.9万
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：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,神経細胞回路網の活動ダイナミクスをゆらぎ解析を用いて明らかにし,てんかん治療に応用することが目的である.活動ダイナミクスにはネットワークの構造の違いが影響することが予想されるため,昨年は細胞パターニング技術を用いた活動計測手法の確立に取り組んだ.その結果,ゲル層の膜厚をパターニング可能な範囲で最少にすることにより,パターニングの有無によらず同程度の精度で信号計測が可能となった.これを受けて,本年度はパターニングを施さない培養神経回路及びパターニングを施した人工的な回路での神経活動を計測し,そのダイナミクスを神経雪崩(Neuronal Avalanche)を用いて解析した.神経雪崩とは50～数100msの間継続して神経発火が回路網を順次伝わる現象のことを指し,これまでに成熟したラット脳のスライス培養系及び分散培養系において,雪崩の規模とその発生確率を両対数グラフにプロットするとべき乗則に従うことが報告されている.一方で,べき乗則に従う系は自然界に多く存在し,それらは特別にパラメータを調整することなくべき乗則すなわち臨界状態に自己組織化的に至っていることが指摘されている.特に,モデル研究から情報量が最大になることが示され,べき乗則は脳の情報伝達機能の成熟度を示す指標であると考えられている.先に挙げた先行研究の報告は,従って成熟した神経回路網であることを示していると考えられる.しかしながら,このべき乗則がいつどのように現れてくるかについては報告例がほとんどない.そこで,本研究では,培養神経ネットワークの電気活動を長期計測し神経雪崩の発生確率分布の経時変化を調べた。また、細胞パターニングによるシンプルなネットワークにおいても同様の解析を行った.その結果、(1)発達初期ではべき乗則に向かう過渡期が存在する,(2)結合状態を制御するとべき乗則に従わないことが分かった.

The purpose of this study is to analyze the activity of the neuronal circuit network and its therapeutic effects. Activity measurement methods are established in the study of the effects of structural changes on the activity of the cell. As a result, the film thickness of the film layer can be measured with the same accuracy as the minimum possible range. This year, we have been analyzing the effects of the Neuronal Avalanche by measuring the neural activity of the cultured neural circuits and artificial neural circuits. The occurrence rate of avalanche in culture system and dispersion culture system was determined according to the frequency of avalanche from 50 ms to 100ms, and the occurrence rate of avalanche was determined according to the frequency of avalanche. In one direction, the system exists in nature in many ways, but in particular, it adjusts itself to the critical state of self-organization. In particular, the maximum amount of information is available for research, and the maturity of information is available for research. The report of the first research report shows that the network of mature mental circuits has been developed. If you don't know what's going on, you're going to report it. In this study, we measured the electrical activity of cultured neurons and adjusted the temporal variation of the avalanche probability distribution. The analysis of the same problem is carried out in the middle of the cell. The results are as follows: (1) The initial stage of development is the transition period to the transition period;(2) The combination state is controlled by the transition period.