健康な脳内のpH（水素イオン濃度）は、生体が恒常性を維持しようとするメカニズムにより、ある範囲内で厳密に調節されている。てんかんや脳虚血症などでは脳細胞の外側でpHが大きく範囲を超えて変化し、脳の異常活動を引き起こす――ゆえに、病気とpHの関連性が指摘されてきた。
pHの異常が起きているところがわかれば病因の理解とか、新たな治療法につながるだろう。が、従来のpH電極を用いた計測手法では"点"外の領域においてpHがどのように違うのか、脳の活動に応じてpHが時空間的にどのように変化しているかなどの大域的な情報が得られない。また、核磁気共鳴画像法 (MRI) によるpHイメージングは時空間分解能がとても低く、神経活動によって起きる素早いpH変化を計測することが困難であったという。
生理学研究所および豊橋技術科学大学の研究グループは、CMOS（相補性金属酸化膜半導体）を応用した高精細生体pHイメージセンサの開発に成功。マウスの脳内の一次視覚領域におけるpHをリアルタイムに可視化することで、微小環境におけるpHが神経活動に伴ってダイナミックに変化する様子を世界で初めて捉えた。
今回開発したセンサは時間分解能20ミリ秒、空間分解能23.55μm。非常に高い時空間分解能に加えて、センシングエリアの小型・薄型化によって、小動物の小さな脳にも使用することが可能な優れた性質を持っている。小型ながら幅0.72mm、長さ3.00mmの検知範囲を確保することで、マウスの脳内において約50µmの微小な神経細胞体の活動を測定領域とするpHイメージングが可能になったという。
JST戦略的創造研究推進事業（CREST）の一環として行われた、同グループの研究は、その成果が英科学誌「Nature Communications」に掲載されていて、これを今後の病態研究に応用することで、病気のメカニズムの解明が期待される。