– Окончил аспирантуру в Санкт-Петербургском Государственном Университете.
– Работал в Японии в Институте Мозга (RIKEN), а затем – в центре исследований мозга человека университета Киото. Специализировался в области функционального картирования мозга, нейронных сетей и оптических методов исследования нервной системы.
– Работал в нескольких университетах США, в последние годы – в Университете штата Мэриленд (УМБ). В настоящее время занимается функциональным картированием коры головного мозга трансгенных мышей, а также исследованиями пластичности мозга, повреждениями и регенерацией.
– Является автором и соавтором более 40 публикаций в рецензируемых журналах и нескольких патентов в области нейротехнологий.
– Является старшим редактором журнала нейробиологии и нейроинжиниринга, членом совета директоров общества картирования и терапии мозга, а также членом редколлегии нескольких научных журналов.
Тезисы работы:
Развитие оптогенетики и нейрофотоники позволяет исследовать нервную систему используя искусственно экспрессированные светочувствительные ионные каналы в клеточных мембранах. В процессе эксперимента фотоны взаимодействуют с фоточусвительными пептидами, образующими каналы, активирую или ингибируя их. Такое воздействие модулирует возбудимость клеток с точностью до долей миллисекунды. Эта технология получила название read-in – с физиологической точки зрения она заключается в возможности бесконтактно и практически мгновенно менять физиологический статус отдельного нейрона.
Искусственно экспрессированные в нейроне пептиды или привнесенные извне химические агенты, обладающие специфическими флуоресцентными свойствами, позволяют с высокой точностью регистрировать физиологические параметры нейрона, в первую очередь, концентрацию внутриклеточного кальция и величину мембранного потенциала. Эта технология, направленная на визуализацию активности нейронов в организме, переживающем срезе мозга или в культуре клеток, называемся read-out.
Обе эти технологии, read-in и read-out, неразрывно связаны не только с химическими и молекулярно-генетическими компонентами, но и с непрерывно развивающейся оптоэлектронной аппаратной поддержкой. В этом докладе обобщены оптогенетические и нейрофотонные подходы с использованием примеров из нейробиологических работ последних лет, в том числе и из наших собственных работ. Мы рассматриваем светочусвительные пептидные каналы – опсины, включая деполяризующие и гиперполяризующие их варианты, а также модуляторы внутриклеточной передачи сигналов, связанных с G-белком, потенциал-зависимые красители и методы их использования in vivo.
К read-out относятся визуализация нейрональной активности в широком поле (wide field optical imaging) с использованием потенциал-зависимых красителей (voltage-sensitive dye), мультифотонная микроскопия с использованием потенциал- и кальций- зависимых флуоресцентных индикаторов, использование оптической томографии aFLOT (angled fluorescence laminar optic tomography). Совместное использование aFLOT и потенциал-зависимых флуоресцентных индикаторов (voltage-sensitive dye) позволяет визуализировать нейрональную активность in vivo в коре головного мозга животного с высоким временны́м разрешением – вплоть до миллисекундного. Таким образом, эта технология позволяет впрямую отслеживать работу нейрональных сетей в относительно крупных объемах мозговой ткани.
К недавним достижениям в области read-out относится генетически кодированный индикатор мембранного потенциала, получивший название Voltron. Этот индикатор на порядок превосходит имеющиеся флуоресцентные белки и кардинально расширяет возможности оптической регистрации нейрональной активности in vivo.
В области read-in, помимо многочисленных опсинов, позволяющих с помощью световых импульсов практически мгновенно открывать и закрывать ионные каналы нейронов, в последнее время добавились ионные каналы, управляемые магнитным полем. Тем не менее, все технологические приемы, применяемые read-in, имеют общее ограничение – инвазивность режима стимуляции и относительно медленная кинетика действия фоточувствительных белков. Эти ограничения в значительной степени удалось преодолеть, синтезировав однокомпонентный магниточувствительный белок, состоящий из катионного канала TRPV4, слитого с парамагнитным белком ферритином и получивший название Magneto. Magneto делает возможным неинвазивный контроль над нейронной активностью, демонстрируя дистанционную стимуляцию нейронов in vivo и in vitro, что предоставляет новые возможности в технологии дистанционного селективного воздействия на нейроны.
Одним из широко используемых в нейрофотонике и оптогенетике объектов является вибриссная система грызунов. Мы представляем наши собственные данные по оптической регистрации нейрональной активности и функциональному картированию соматосенсорной коры мышей линии Robo3R3–5cKO с выключенным геном Robo3. Выключение этого гена приводит к образованию двусторонних представительств вибрисс в таламусе, а также в бочонковом поле соматосенсорной коры Эта линия генетически модифицированных мышей является моделью редкого заболевания нерфной системы человека – horizontal gaze palsy with progressive scoliosis (HGPPS), или горизонтальный паралич содружественного взора сопровождаемый прогрессивным сколиозом.Также мы представляем данные полученные при использовали двухфотонной кальциевой визуализации для регистрации активности нейронов II-III слоя первичной соматосенсорная коры при отклонении одиночной вибриссы в двух ортогональных направлениях (азимутальном или вертикальном). Полученные данные продолжают широко предствленные в экспериментальной нейробиологии исследования функционального топизма нервной системы, то есть непосредственного связи той или иной фунции с локализванной нейрональной структурой.