Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание оптоволоконных нейроинтерфейсов

Докладчик: Федотов Илья Валерьевич

Должность: Научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

Цель проекта:
Проект направлен на разработку принципиально нового устройства для нейрофотоники и лазерной нейроинженерии -- волоконно-оптического нейроинтерфейса, предназначенного для решения фундаментальных задач исследования мозга, включая изучение процессов формирования памяти и обучения живых свободноподвижных животных. Разрабатываемые системы предназначены для обеспечения долговременной мультиплексной регистрации отклика флуоресцентных маркерных белков, а также фотостимуляции нейронной активности в глубоких слоях мозга живых свободноподвижных животных с минимальной степенью инвазивности. Это позволит создать уникальный инструмент для исследования генетических, биохимических и клеточных механизмов работы мозга животного, решающего в данный момент времени задачу, связанную с когнитивной деятельностью. Разрабатываемые методы и инструменты будут востребованы в исследовательских центрах для решения огромного числа задач современной нейробиологии.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения проекта будут разработаны оптоволоконные нейроинтерфейсы, предназначенные для решения фундаментальных задач исследования мозга, включая изучение процессов формирования памяти и обучения живых свободноподвижных животных.
Создаваемые нейроинтерфейсы будут удовлетворять следующим требованиям:
• Фотостимуляция нейронной активности в мозге живых свободноподвижных животных.
• Регистрация изменений функционального состояния выбранной области мозга живого свободноподвижного животного на протяжении длительного интервала времени (не менее 1 месяца);
• Параллельная регистрация изменений нейрональной активности в ответ на внешние воздействия на основе одновременной регистрации сигнала из нескольких (не менее двух) пространственно разнесенных областей живого мозга;
• Регистрации информативного сигнала от нескольких (не менее двух) маркерных красителей и/или флуоресцентных белков;
• Возможность свободного перемещения исследуемого животного в процессе определения функционального состояния выбранных областей мозга в радиусе не менее 1.5 метра;
• Вес вживленной части нейроинтерфейса, постоянно устанавливаемой на черепе животного, не должен превышать 0.5 г.
Для достижения заявленных результатов в ходе проекта будут разрабатываться инструменты для селективного управления и регистрации активности нейронов в живом мозге животного, вовлеченного в акт мыслительной деятельности. Будет проводиться оптимизация оптических световодов и лазерных источников. Будут разрабатываться размыкаемые интерфейсы для проведения долговременных исследований, необходимых для изучения процессов формирования памяти. Будет изучено влияние разрабатываемых нейроинтерфейсов на поведение и когнитивные функции животного.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты исследования позволят создать инструменты для решения задач современной нейробиологии и медицины, связанных с изучением процессов формирования памяти и обучения животных, их когнитивных функций, а так же с пониманием природы нейродегенеративных заболеваний головного мозга. Новые устройства, созданные на основе результатов проекта, имеют потенциал в течении ближайших 5-10 лет стать универсальным инструментом для диагностики и контроля функций нервной системы, выявления заболеваний мозга, а также стать основой нового поколения мозго-машинных интерфейсов. Результаты будут востребованы ведущими научными институтами, среди которых: МГУ им. М.В. Ломоносова, НИИ нейрохирургии им. академика Н.Н. Бурденко, НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского; а также исследовательскими отделами производителей оптического оборудования, такими как: Olympus, Leica, Zeiss, ThorLabs, и занимающимися разработкой мозго-машинных интерфейсов лабораториями крупных промышленных компаний, таких как IBM, Samsung и Boeing.

Текущие результаты проекта:
Проект находится на стадии подписания соглашения.