成果報告書詳細
管理番号20130000000989
タイトル平成24年度成果報告書 平成21年度第1回採択産業技術研究助成事業 09E51023a 脳機能障害治療に結びつく高度脳計測・脳刺激用多機能集積化神経プローブ技術の開発 平成24年度最終
公開日2013/12/25
報告書年度2012 - 2012
委託先名国立大学法人東北大学田中徹
プロジェクト番号P00041
部署名技術開発推進部
和文要約1)分担テーマ名:多機能集積化神経プローブ作製技術の開発
ISFETセンサ作製後のプローブ形状加工において、センサ表面に保護膜を成膜してから加工することで、センサへのダメージを無くすことに成功した。この作製プロセスを用いて化学センサ付き神経プローブの製作と電気的特性の取得に成功している。また、脳深部刺激用神経プローブモジュールを完成した。完成した多機能集積化神経プローブは他研究機関への試験的供与を実施しており、研究成果の多方面への還元を図っている。
2)分担テーマ名:多機能集積化神経プローブIn-vivo 評価技術開発
In-vivo評価用神経プローブの評価を行うために活動電位と局所電場電位の多点計測をラットとサルで行った。光遺伝学的手法を応用して光刺激感受性細胞に光刺激を与え、局所回路を活性化しつつ同時多点記録を行った。その結果、神経プローブを破損させることなくサルとラットの皮質内から多チャンネルデータを取得することに成功した。さらに周期的光刺激で脳活動が刺激に引きこまれる様子を明らかにし、多機能集積化神経プローブの有効性を確認した。
3)分担テーマ名:多機能集積化神経プローブ評価技術開発
脳に神経プローブを刺入する際の頭蓋穿孔に伴う脳圧の変化やプローブとの摩擦による脳組織の引きずりのために脳が変形する。脳の変形はプローブの位置ずれや脳へのダメージにつながるため、その定量的把握が重要である。今年度は多点神経プローブで測定した電気生理信号から脳が変形する様子を推定するアルゴリズムを開発した。これを用いて神経プローブの刺入に関連して脳の一部が変形する様子を視覚化することに成功した。
4)分担テーマ名:多機能集積化神経プローブを用いた脳深部刺激技術開発
刺激効果を向上できる2重中空金属管を用いた脳深部刺激用神経プローブモジュールの作製に成功し、それを用いて人への埋め込み術式に則った神経プローブの脳深部高精度刺入・刺激技術を確立した。他研究機関との共同研究を含む研究成果の多方面への還元を図っている。
5)分担テーマ名:多機能集積化神経プローブ前臨床試験
東北大学で作製した2重中空金属管を含む脳深部刺激用シリコン神経プローブモジュールを用いて、サルに対する前臨床試験の術式を完成した。
英文要約We have successfully fabricated a Si neural probe with ISFET (ion-sensitive field effect transistor). There was no process damages in fabricating the device and good electrical characteristics were obtained for the device. We have also fabricated a neural probe module having a Ti guide and tube for deep brain stimulation.
To evaluate intelligent Si neural probes, we performed multi-channel recording of neuronal activities and local filed potentials in monkeys and rats. Furthermore, we applied optogenetics to manipulate states of local neural circuits by activating neurons with blue light while monitoring neural activities from transgenic rats expressing channelrhodopsin2 in neurons with Si neural probes. We successfully obtained data of neural activities across cortical layers from monkeys and rats. We demonstrated entrainment of cortical filed potentials to repetitive photo-stimulations and confirmed usefulness of the intelligent Si neural probe to monitor neuronal activities in transgenic rats.
When a neural probe is implanted into the brain, the brain would be deformed due to the change of intracranial pressure associated with cranial trepanation and the friction between the brain and the probe. Since the deformation of the brain would lead to the damage of the brain and the misalignment of the probe, quantitative estimation of the deformation is important. In this study, we developed an algorithm to estimate the deformation of the brain based on the electrophysiological signals recorded with the implanted neural probe. By using the algorithm, we successfully visualized the deformation of the brain associated with the movement of the neural probe.
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