ИСТИНА

Оптогенетические методы при помощи света позволяют управлять конкретной популяцией нейронов с высокой точностью в пространстве и времени и являются незаменимыми инструментами, помогающими понять механизмы функционирования мозга и периферической нейронной системы. Они открыли возможности для революционно новых экспериментов исследования нейронных сетей и управления поведением животных за счет оптической активации и ингибирования активности нейронов. Несмотря на широкие возможности метода он заметно страдает от необходимости применения в сильно рассеивающих тканях мозга. Рассеяние обуславливает необходимость увеличения мощности накачки при оптогенетической активации больших областей мозга и может приводить к нежелательному нагреву. Термогенетика предлагает перспективный дополняющий подход, основанный на термочувствительных катионных каналах семейства TRP. Однако её широкое внедрение в исследование когнитивных функций мозга, пластичности нервной системы и различных биохимических процессов, протекающих в нервных клетках живого животного существенно ограничено отсутствием физических инструментов для локального измерения температуры и точного управления нагревом.

Для преодоления ограничений в обоих подходах к стимуляции нейронной активности в ходе Научного проекта будут разработаны и оптимизированы методы бесконтактной in-vivo термометрии тканей мозга живых бодрствующих животных, совместимые с методами флуоресцентной микроскопии, опто- и термогенетической стимуляции. Для работы со свободно-подвижными животными будут разработаны волоконные методы оптического измерения температуры, обладающие высокой локальностью, точностью и возможностью хронической регистрации. Специальные типы оптических волокон позволят проводить опто- и термогенетическую стимуляцию при одновременном измерении температуры. Для тепловой активации термочувствительных каналов будут разработаны методы локального лазерного нагрева тканей головного мозга в режиме микроскопии и в волоконном формате. Будет проведено сравнение лазерных методов онтогенетической и термогенетической стимуляции по параметрам скорости и локальности. Будут найдены оптимальные режимы для каждой из технологий.

Работы будут выполняться на основе созданной в МГУ им. М.В. Ломоносова уникальной научно-исследовательской инфраструктуры, включающей фемтосекундные лазерные источники, сопряженные с микроскопами высокого разрешения, а также супервычислительные ресурсы и оптические волокна нового поколения.