ИСТИНА

Фундаментальная задача проекта заключается в выявлении основных физических явлений, сопутствующих нелинейно-оптической микроскопии глубоких слоев мозга. Выдвинутая общая проблема будет рассмотрена в контексте следующих научно-практических задач. Будут выявлены основные физические ограничения для проведения двух- и трехфотонной флуоресцентной микроскопии, микроскопии генерации оптических гармоник и микроскопии когерентного комбинационного рассеяния глубоких слоев мозга. Будут проведены исследования линейных и нелинейно-оптических свойств различных тканей мозга мыши, флуоресцирующих белков и красителей для увеличения предельных значений глубины визуализации. Задача определения оптимальных параметров лазерного излучения для реализации нелинейно-оптических методик визуализации будет решена в ходе проекта. Необходимые для проведения глубокой визуализации высокие мощности лазерного излучения могут приводить к сильному нагреву и повреждению тканей, что будет исследовано нами в проекте.

The fundamental objective of the project is to identify the main physical phenomena accompanying nonlinear optical microscopy deeper layers of the brain. Extended common problem will be considered in the context of the following scientific and practical problems. They will be identified basic physical limitations of two- and three-photon fluorescence microscopy, microscopy, optical harmonic generation microscopy and coherent Raman scattering deeper layers of the brain. They will be held for investigation of linear and nonlinear optical properties of various mouse brain tissue, fluorescent proteins or dyes to increase the limits of depth imaging. The problem of determining the optimal laser parameters for the implementation of nonlinear-optical imaging techniques will be solved in the course of the project. Necessary for deep imaging high laser power can lead to excessive heat and damage to the tissues that will be investigated by us in the project.

1. Достижение рекордных глубин визуализации мозга мыши методами многофотонной флуоресцентной микроскопии за счет оптимизации параметров лазерного излучения, подбора оптимальных биологических маркеров и развития методик нелинейно-оптической микроскопии. Определение физических факторов, ограничивающих глубину визуализации методами многофотонной флуоресцентной микроскопии. Развитие перспективной техники трехфотонного возбуждения биомаркеров для визуализации глубоких слоев сильно рассеивающих тканей. 2. Исследование ограничений связанных с визуализацией глубоких слоев мозга мыши методами безмаркерной нелинейно-оптической микроскопии: когерентного комбинационного рассеяния света и генерации оптических гармоник. Развитие безмаркерных методов визуализации предоставит дополняющую флуоресцентную микроскопию информацию о тканях. Относительная свобода в выборе параметров излучения для безмаркерных методов визуализации позволит продвинуть существующие ограничения глубины визуализации методами многофотонной микроскопии. 3. Будут исследованы параметры линейного поглощения и рассеяния тканей мозга в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах. Проведены измерения сечений многофотонного поглощения наиболее перспективных флуоресцирующих белков и красителей для проведения визуализации глубоких слоев мозга.

Сформулированные задачи требуют проведения ряда экспериментов с использованием лазерных систем, работающие в режиме генерации непрерывного излучения и фемтосекундных импульсов. Автор проекта имеет доступ к необходимому для выполнения проекта оборудованию, находящемуся в распоряжении научной группы профессора А.М.Желтикова физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова. Для проведения численных расчетов научная группа располагает современными персональными компьютерами и доступом к суперкомпьютерным комплексам “Ломоносов” и “Чебышев” МГУ им. М.В. Ломоносова, необходимыми для успешного выполнения 3+1 - мерного численного моделирования.

1. Достижение рекордных глубин визуализации мозга мыши методами многофотонной флуоресцентной микроскопии за счет оптимизации параметров лазерного излучения, подбора оптимальных биологических маркеров и развития методик нелинейно-оптической микроскопии. Определение физических факторов, ограничивающих глубину визуализации методами многофотонной флуоресцентной микроскопии. Развитие перспективной техники трехфотонного возбуждения биомаркеров для визуализации глубоких слоев сильно рассеивающих тканей. 2. Исследование ограничений связанных с визуализацией глубоких слоев мозга мыши методами безмаркерной нелинейно-оптической микроскопии: когерентного комбинационного рассеяния света и генерации оптических гармоник. Развитие безмаркерных методов визуализации предоставит дополняющую флуоресцентную микроскопию информацию о тканях. Относительная свобода в выборе параметров излучения для безмаркерных методов визуализации позволит продвинуть существующие ограничения глубины визуализации методами многофотонной микроскопии. 3. Будут исследованы параметры линейного поглощения и рассеяния тканей мозга в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах. Проведены измерения сечений многофотонного поглощения наиболее перспективных флуоресцирующих белков и красителей для проведения визуализации глубоких слоев мозга.