分散型脳機能計測用インテリジェントCMOSセンサデバイスの研究

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海馬や大脳基底核といった脳深部の神経活動のイメージングは記憶や学習といった高次脳機能の解明に重要である。これまでに奈良先端科学技術大学院大学では、脳内に埋植してマウスの生体内で脳神経活動を高時間・空間分解能で観察可能とする埋込型CMOSイメージセンサを提案してきた。平成22年度の研究では、埋込型CMOSイメージセンサのインテリジェント化と脳内複数分散配置化について研究に取り組んだ。インテリジェント化については、イメージセンサ画素上に各フォトダイオード上のみ開口を形成したメッシュ状のAu電極の加工プロセスを検討した。作製したAu電極を用いて脳深部で神経電気刺激が可能であるかについて生理食塩水や脳模擬材料を用いて機能評価を行った。生理食塩水中において、記憶や学習の基礎過程と考えられているLTP (Long Term Potentiation)を誘発するTBS (Theta Burst Stimulation)と等価な刺激パルスを注入可能であることを実証、GFP (Green Fluorescent Protein)で蛍光標識した新経細胞を模擬した蛍光ビーズと脳ファントムを用いて電極エリアで蛍光イメージングと電荷注入が同時同位置で実行可能であることの実証に成功した。脳内複分散配置化については、0.78mm×0.63mmの超小型CMOSセンサチップの実現に成功、3つのCMOSセンサの単一デバイス化し、それぞれのチップを脳内の任意の位置に埋植可能とした。3センサを同時に駆動させるシステムの構築も行い、3つのセンサを同時に60フレーム/秒(時間分解能16.7ms)で制御可能とした。蛍光ビーズを用いて3センサで同時にイメージングが可能であることの実証に成功、脳深部の複数部位で高時間・空間分解能で広域脳機能イメージングを可能とすることに目途を立てた。