ИСТИНА

Целью выполнения прикладных научных исследований является разработка оптоволоконных нейроинтерфейсов для исследования процессов формирования памяти и обучения живых свободноподвижных животных.

На первом этапе: Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы. Проведены патентные исследования. Выполнен расчет объема эффективных областей возбуждения и сбора флуоресцентного сигнала для различных архитектур волокна (однофотонное возбуждение). Выполнено экспериментальное подтверждение результатов расчётов объема эффективных областей возбуждения и сбора флуоресцентного сигнала для различных архитектур волокна (однофотонное возбуждение). Разработана методология увеличения эффективности сбора люминесцентного отклика для различных волоконных компонент (однофотонное возбуждение). Проведены теоретические расчеты и экспериментальные исследования режимов доставки лазерного излучения к тканям мозга (мультифотонное возбуждение) Проведены теоретические расчеты и экспериментальные исследования режимов сбора некогерентного люминесцентного отклика для различны архитектур волоконных компонент (мультифотонное возбуждение). Установлена взаимосвязь между параметрами архитектуры волокна и объемами зондирования. Выполнен расчет оптической схемы, в том числе оптимизация условий введения излучения, для возбуждения и сбора флуоресцентного сигнала от белков маркеров нейронных клеток для различных архитектур волокна. Проведен анализ локализации области возбуждения флуоресценции для различных архитектур волокна в сильно рассеивающих средах. На втором этапе: Измерены спектры люминесценции маркерных белков в мозге взрослых мышей трансгенных линий: Zif-EGFP, Fos-EGFP, Thy1-Channelrhodopsin-YFP и Brainbow-1.0 (dTomato) а также проанализирована относительна яркость и фотовыгорание помеченных нейронов. Выполнены эксперименты по доставке широкополосных линейно чирпированных импульсов по световодам различной архитектуры. Выявлены ограничения накладываемые на разрешающую способность КАРС-спектроскопии. Были рассмотрены две стратегии управления количеством нейронов, стимулируемых и регистрируемых нейроинтерфейсом. Разработаны макеты оптоволоконных нейроинтерфейсов и комплекты эскизной конструкторской документации. Показано, что проинтегрированная в окне 100 нм спектральная плотность мощности сигнала у мышей линий Zif-EGFP и Thy1-Channelrhodopsin-YFP на два порядка больше чем у мышей линии Fos-EGFP и Brainbow-1.0 (dTomato). Установлена минимально детектируемая концентрация флуоресцентно отмеченных нейронов при больших объемах зондирования для мышей линий Fos-EGFP и Thy1-Channelrhodopsin-YFP. Доставленные по волноводам широкополосные чирпированные импульсы обеспечили возможность КАРС спктроскопии с разрешением до 15 см-1. Показано, что для исследования одного нейрона мыши линии Fos-EGFP в соматосенсорной, париетальной и моторной коре возможно использовать волокно с диаметром сердцевины 50 мкм и числовой апертурой 0.12, а для прелимбической и цингулярной коры, зубчатой фасции гиппокампа и миндалина - волокно с диаметром сердцевины 105 мкм и числовой апертурой 0.12. На третьем этапе работ: Изготовлены макеты оптоволоконных нейроинтерфейсов и комплекты эскизной конструкторской документации. Разработан стенд и программное обеспечение стенда для оптимизации технических решений нейроинтерфейсов. Разработано программное обеспечение для макетов оптоволоконного нейроинтерфейса. Проведена разработка протокола и методики вживления оптического волокна нейроинтерфейса в заранее выбранную структуру мозга живого животного.