個体の行動に伴う生体脳イオンダイナミクスの可視化

与个体行为相关的生物脑离子动力学的可视化

基本信息

批准号：
22K19411
负责人：
堀内浩
金额：
$ 4.16万
依托单位：
National Institute for Physiological Sciences
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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19411/
关键词：
細胞外空間イオンダイナミクス CMOSセンサイメージング自由行動

项目摘要

脳高次機能は細胞外空間を介した脳細胞間情報伝達によって発現するが、生体において細胞外の化学的環境がどのような時空間的規模で変容し、脳活動に影響を与えているのかはわかっていない。これには高精細な細胞外イメージング技術がないことが大きな障壁となっている。本研究では、独自に開発を進めている小型軽量化CMOSイオンイメージセンサを生体脳に適用し、個体の行動に伴うイオンダイナミクスを捉えることを目的とする。本年度は、自由行動下での計測を目的として従来型の基板部分を大幅に小型軽量化し、参照電極を内蔵した新型センサのプロトタイプの開発を完了し、生体検証の段階に移行した。まず、生体マウスの大脳皮質および海馬における生体検証によって、出力電位の安定性を基に参照電極の最適化を行いその材料を決定した。薬理学的手法によって、神経活動に依存して電位が変化したことから、確かに細胞外pHが検出できていることを確認した。次に、自由行動を妨げない柔軟性のあるケーブルの材質ならびに長さを決定し、自由行動中の細胞外pHを計測した。様々に条件検討を行った結果、体動によるノイズや不具合は発生せず、少なくとも埋植2週間程度まで安定して記録することができた。今後、疾患モデルや個体動物の行動に伴って細胞外イオンがどのように変動するのかを明らかにする。

大脑高级功能是通过细胞外空间在脑细胞之间传递信息来表达的，但细胞外化学环境在生物体中的时空尺度上发生变化并影响大脑活动我不知道。实现这一目标的一个主要障碍是缺乏高清细胞外成像技术。在这项研究中，我们将自主开发的小型轻量CMOS离子图像传感器应用于活体大脑，旨在捕捉与个体行为相关的离子动力学。今年，我们完成了内置参比电极的新型传感器原型的开发，显着减小了用于自由移动测量的传统板的尺寸和重量，并已进入生物验证阶段。首先，我们通过活体小鼠大脑皮层和海马体验证，根据输出电位的稳定性，优化参比电极并确定其材料。他们利用药理学方法证实，由于电位随神经活动而变化，因此确实可以检测到细胞外pH值。接下来，我们确定了不会干扰自由运动的柔性电缆的材料和长度，并测量了自由运动期间的细胞外 pH 值。经过检查各种条件后，我们能够在植入后至少两周内稳定记录，没有任何噪音或身体运动引起的问题。未来，我们将阐明细胞外离子如何随疾病模型和个体动物的行为而变化。