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ニューロンレベル脳・人工脳インターフェース

神经元级脑/人工脑接口

基本信息

批准号：
22K19261
负责人：
三上秀治
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は予備的検討として線虫の頭部ニューロン群の高速3D撮像を行い、取得データに対してオフラインで細胞位置の解析を試みるとともに、光操作のための高速光変調の検討を行った。まず、独自開発した高速ライトシート顕微鏡を用いて線虫の頭部神経の撮像を行うため、明視野画像をもとに線虫頭部を視野中心に固定するトラッキングステージを製作し、高速撮像(毎秒50ボリューム)に耐える追従動作を確認した。次に、高速ライトシート顕微鏡の撮像条件を線虫頭部神経にあわせて調整し、自由行動中の線虫の撮像に十分な速度である毎秒50ボリュームの撮像を行った。取得データを各種画像解析ソフトウエアにより解析し、頭部全ニューロンの8割弱にあたる約150個の神経細胞の検出および追跡が可能であることを確認した。また、リアルタイムに特定のニューロン群を選択的に光操作するための光学システムとして、高速な空間光変調器および多光子励起が可能なフェムト秒パルスレーザーを導入し、特定のニューロンにレーザー光を集光・照射する動作の時定数を詳細に検証した。なお、検証のため、照射対象はCMOSカメラで明視野撮像した蛍光ビーズとした。検証の結果、カメラの撮像から集光までの所要時間は90 ms程度であり、自由行動中の線虫であってもリアルタイムに追従しながら集光・照射できる見込みを得た。加えて、一連の処理の各要素に要した時間も確認しており、特に計算処理に要する部分が支配的であることが確認された。この点については、計算アルゴリズムの高速化および計算ハードウエアの変更による大幅な高速化が見込まれており、現状の2D撮像から3D撮像に拡張する場合においてもリアルタイム動作を実現する見通しを得た。

The high-speed 3D imaging of the head of the nematode group prepared this year, and the acquisition of the nematode headてオフラインでANALYSIS OF THE CELL POSITION をTRIAL みるとともに、LIGHT MANIPULATION のためのHIGH-SPEED LIGHT 変 Adjustment の検事を行った.まず, I opened a high-speed microscope on my own to use the nematode's head to image the head of the nematode, and the bright field image of the nematode's head was made The center of the field of view is fixed, the camera is produced, and the high-speed imaging (50 shots per second) is able to withstand the pursuit action and confirmed. Second, high-speed ライトシート顕Microscope imaging conditions を nematode head god 経にあわせて adjustment し, automatic The speed of the image taken by the nematode in action is 50 seconds per second, and the image is taken in line. Obtained the various image analysis of Fukuro, the head full ニューロンの8 cut Weak にあたるAbout 150 の神経cellsの検出およびtrackingがpossibleであることをconfirmationした.また, リアルタイムにSpecific のニューロンgroup をselected に light operation するためのoptical システムとして, high-speed なspace light modulator および multi-photon excitation RISE POSSIBILITY SECOND パルスレーザーをImportし、Specificのニューロンにレーザー光を focusing and irradiating the action of the time and fixed number of details に検证した.なお, 検证のため, irradiation object CMOS カメラでbright field imaging した蛍光ビーズとした. The result of the certificate, the time required for the camera to be taken and the light to be collected, 90 ms degree, free movement of nematodes, nematodes, nematodes, nematodes in free movement. Adding えて, continuous processing of each element にした time も confirmation しており, special に calculation processing ににする part control であことが confirmation された.この点については、calculate アルゴリズムの高考およびcalculate ハードウエアの変 Update による大な见込まれており, the current situation の2D imaging から 3D imaging に拡张する occasion においてもリアルタイムaction を実 appeared する见通しを got た.