Проект: Создание оптоволоконных нейроинтерфейсов Номер проекта: 14.607.21.0092 Мероприятие ФЦП: 1.3 Руководитель работ: Желтиков Алексей Михайлович Сроки выполнения: 2014-2016 гг. Общий объем бюджетного и привлеченного финансирования: 90 млн. руб. Цель проекта, назначение его результатов: Целью проекта является разработка волоконно-оптических нейроинтерфейсов для исследования процессов формирования памяти и обучения живых свободноподвижных животных. Задача исследования мозга бодрствующих животных в свободном поведении накладывает особые требования к устройствам визуализации в отношении их гибкости, компактности, механической прочности и функциональной универсальности. Компактный размер, механическая гибкость и все более растущая функциональность волоконно-оптических устройств в сочетании с последними разработками флуоресцентных маркеров для разнообразных клеточных процессов обеспечивают новые возможности для in vivo визуализации и управления активностью нейронов в глубоких слоях мозга в течении длительного времени. Данный проект направлен на разработку и реализацию волоконнооптические нейроинтерфейсов, интегрированных с методиками оптической визуализации, а также обладающих возможностью хронической регистрации и стимуляции активности одиночных нейронов и целых популяций клеток в глубоких структурах мозга. В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 21 ноября 2014 года № 14.607.21.0092 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 1 в период с 21 ноября по 31 декабря 2014 года выполнялись следующие работы: 1. Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, в том числе, обзор научных информационных источников: статьи в ведущих зарубежных и российских научных журналах, монографии и патенты– не менее 15 научно-информационных источников за период 2009 – 2014 гг. 2. Проведение патентных исследований в соответствии ГОСТ Р 15.011-96. 3. Обоснование направления исследований. 4. Разработка Плана проведения исследований. 5. Расчет объема эффективных областей возбуждения и сбора флуоресцентного сигнала для различных архитектур волокна (однофотонное возбуждение). 6. Экспериментальное подтверждение результатов расчётов объема эффективных областей возбуждения и сбора флуоресцентного сигнала для различных архитектур волокна (однофотонное возбуждение). 7. Разработка методологии увеличения эффективности сбора люминесцентного отклика для различных волоконных компонент (однофотонное возбуждение). 8. Проведение теоретических расчетов и экспериментальных исследований режимов доставки лазерного излучения к тканям мозга. (мультифотонное возбуждение) 9. Проведение теоретических расчетов и экспериментальных исследований режимов сбора некогерентного люминесцентного отклика для различны архитектур волоконных компонент. (мультифотонное возбуждение) 10. Разработка принципов подбора архитектуры волокна для специфических объемов зондирования. 11. 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. 12. Анализ возможности локализации области возбуждения флуоресценции для различных архитектур волокна в сильно рассеивающих средах. 13. Подготовка заявки на патент 14. Подведение итогов этапа и оформление отчетной документации При этом были получены следующие результаты: Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научнотехническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ. Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96. Проведено обоснование направления исследований. Разработан План проведения исследований в соответствии с ГОСТ 15.101-98 Система разработки и постановки продукции на производство. Порядок выполнения научно-исследовательских работ. Проведен расчет объема эффективных областей возбуждения и сбора флуоресцентного сигнала для различных архитектур волокна (однофотонное возбуждение). Экспериментально подтверждены результаты 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). Разработаны принципы подбора архитектуры волокна для специфических объемов зондирования: Проведен 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 возможности локализации области возбуждения флуоресценции для различных архитектур волокна в сильно рассеивающих средах. Подготовлена и подана заявка на выдачу патента на изобретение «Многоканальный оптоволоконный нейроинтерфейс для мультимодальной микроскопии мозга животных», заявка №2014150676 от 15.12.2014, Российская Федерация. Подведены итоги этапа и оформлена отчетная документация.