音響入力に応じた自動微小電流刺激によるラット大脳皮質の活動変化に関する研究

カテゴリ: 研究会(論文単位)

論文No: MBE13039

グループ名: 【C】電子・情報・システム部門 医用・生体工学研究会

発行日: 2013/03/22

タイトル(英語): Study on changes of neural responses in the cerebral cortex of a rat by automated microcurrent stimuli triggered with external tones

著者名: 樋口 卓哉(東京大学),中西 良介(東京大学),深山 理(東京大学),満渕 邦彦(東京大学)

著者名(英語): Higuchi Takuya(University of Tokyo),Nakanishi Ryosuke(University of Tokyo),Fukayama Osamu(University of Tokyo),Mabuchi Kunihiko(University of Tokyo)

キーワード: 大脳皮質|ラット|刺激装置|可塑性|cerebral cortex|rat|stimulator|plasticity

要約(日本語): 神経細胞に対して２つの同期的な発火入力を与えると、両者の機能的接続が強化されるようシナプス可塑性が誘発され、細胞の発火特性が変化することが知られている。そこで、特定の外的入力に応じた発火頻度で活動するよう、神経細胞の特性を変化させることができれば、ブレイン・マシンインタフェースによる機能代償やリハビリテーションへの応用が期待できる。本研究では音響信号に応じて覚醒下ラットの大脳皮質を自動で微小電流刺激する装置を開発した。この装置はコンデンサマイクで取得した音を短時間フーリエ変換し、指定した周波数の強度が大きいと電極間に定電流を流すもので、微小電流刺激を音取得から約20msの時間遅れで行うことができる。この装置を装着した覚醒下のラットに対して、300Hz,800Hz,2000Hzの純音を提示し、800Hzの純音提示の時のみ装置によって大脳皮質内の音響入力に対して活動しない部位に微小電流刺激を行った結果、800Hzと2000Hzの純音提示の時に、刺激前と比べて神経活動が増加した。このように、本研究で提案する自動刺激装置を用い、本来は聴覚と無関係な皮質領域に対し、聴覚系に関連した情報処理を導入出来る可能性が示唆された。

要約(英語): A neural cell applied with 2 synchronous firings induces plastic changes on its firing characteristics to enhance connectivitybetween the inputs. It would be applicable for functional alternatives by brain-machine interfaces and rehabilitation.In this study, anaudio-triggered stimulation device has been developed to apply micro-current stimuli into the brain cortex of a behaving rat. The device was designed to generate constant electric current in the brain 20 ms after a short-time Fourier transform analyzer detected an audio tone, recorded with a condenser microphone, in a pre-defined frequency. A behaving rat which wore the device on its back listened to pure tones of 300 Hz, 800 Hz, and 2000 Hz in frequencies. The device applied stimuli according only to 800 Hz tones into the cortex where no remarkableactivities with auditory inputs had been observed before. As a result, neurons in the region increased activities as the rat listened topure tones of 800 Hz and 2000 Hz.Our device suggested the potential of processing audio inputs in cortical regions which had originally no correlation with auditory functions.

原稿種別: 日本語

PDFファイルサイズ: 992 Kバイト