help@sochisirius.ru
1-24 июля 2020

Нейротехнологии и природоподобные технологии

Современные прорывные технологии и открытия находятся на стыке различных областей наук. Яркий пример такой конвергенции – природоподобные и биоподобные технологии, которые используют принципы, «подсмотренные» у природы. Такие технологии являются естественными для окружающей среды, могут применяться для решения экологических задач. С их помощью можно решить глобальные проблемы человечества и сделать нашу жизнь комфортнее и безопаснее.

На образовательной программе будут реализованы проекты, стоящие на стыке биотехнологии, экологии, робототехники и искусственного интеллекта.

Все направления программы «Большие вызовы»

Проекты направления

1. Исследование органических и биорганических соединений в остатках на древних археологических артефактах (Историческое материаловедение в изучении культурного наследия)
2. Концепция разработки новых лекарств на основе исследования атомарной структуры макромолекул
3. Метагеномный биопроспектинг для поиска новых ферментов в экосистемах
4. Разработка мозг-компьютерного интерфейса для управления виртуальной верхней конечностью с использованием данных электроэнцефалографии
5. Создание нейротренажера на базе теxнологии интерфейс мозг-компьютер на волне Р300 для целей пост-инсультной реабилитации
6. Древний Генбанк

Описание проектов
список и описание проектов предварительные и могут быть изменены и уточнены

1. Исследование органических и биорганических соединений в остатках на древних археологических артефактах (Историческое материаловедение в изучении культурного наследия)

Руководитель проекта: Борисевич И.С.

Аннотация: Исследование объектов культурного наследия – одно из наиболее интенсивно развиваемых направлений на стыке естественно-научного и гуманитарного знания. Методы и инструменты современного анализа позволяют определить материал, из которого изготовлены артефакты, реконструировать использованные технологии, увидеть скрытые дефекты, уточнить атрибуцию и многое другое. Данный курс ознакомит слушателей с основными физико-химическими методами и подходами, применяемыми при изучении объектов культурного наследия с примерами из исследований, проводимых в НИЦ «Курчатовский институт». Проектная деятельность будет направлена на экспериментальное исследование древних артефактов из различных материалов (в частности, следов органических соединений на стенках сосудов) методом газовой хроматографии.

Партнер проекта: Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»


2. Концепция разработки новых лекарств на основе исследования атомарной структуры макромолекул

Руководитель проекта: Самыгина В.Р.

Аннотация: Целью проекта является формирование концепции разработки новых лекарств и лекарственных форм на основе исследований структуры макромолекул, вирусов и клеток на атомарном уровне. В ходе работы над проектом будут подготовлены образцы и проведен анализ структуры макромолекул для создания новых лекарств с использованием уникального научного оборудования НИЦ «Курчатовский институт» (в форме удаленного доступа): синхротрона, рентгеновского лазера на свободных электронах и электронного микроскопа. В процессе реализации проекта будут получены капсулы для адресной доставки лекарств. 

Партнер проекта: Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»


3. Метагеномный биопроспектинг для поиска новых ферментов в экосистемах

Руководители проекта: Васильев Р.А., Корженков А.А.

Аннотация: Биотехнологии всё глубже входят в хозяйственную деятельность человека, снижая нагрузку на окружающую среду, удешевляя производство и позволяя получать уникальные соединения и продукты. Источниками биокатализаторов и ферментов для биотехнологий служат живые организмы: бактерии, археи, грибы, животные и растения, однако, если мы говорим о микроорганизмах, то лишь малая часть может быть культивируема в лаборатории, а более 95% видов доступны только в природных сообществах. Микробные сообщества, включающие бактерии и археи, обладают практически неограниченным потенциалом к переработке огромного числа органических и неорганических соединений и способны значительно расширить спектр ферментов, применяемых в биотехнологии.

Методами биоинформатики будет проведён поиск ферментов в данных высокопроизводительного секвенирования природного сообщества. Методами молекулярной биологии будут клонированы найденные последовательности, экспрессированы гены и осуществлена проверка их функциональной активности.

Партнер проекта: Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»


4. Разработка мозг-компьютерного интерфейса для управления виртуальной верхней конечностью с использованием данных электроэнцефалографии

Руководитель проекта: Безрукавая П.А.

Аннотация: Разработка алгоритма распознавания и интерпретации данных электроэнцефалографии (далее - ЭЭГ) и сопоставление с жестами симуляции верхней конечности. Работа по проекту будет разделена на следующие этапы:
1. Изучение основ анатомии и физиологии центральной и периферической нервных систем
2. Съем и регистрация данных ЭЭГ, работа на оборудовании и в соответствующем программном обеспечении, участие в исследованиях в качестве испытуемого.
3. Подбор и разработка нейросетевых алгоритмов для распознавания паттернов ЭЭГ
4. Программирование интерфейса виртуальной конечности   

Партнер проекта: Дальневосточный федеральный университет


5. Создание нейротренажера на базе теxнологии интерфейс мозг-компьютер на волне Р300 для целей пост-инсультной реабилитации

Руководитель проекта: Сыров Н.В. 

Аннотация: В проекте планируется провести исследовательскую работу, в рамка которой будет создана среда управления в контуре интерфейса мозг - компьютер, которая затем может лечь в основу создания нейротренажера для проведения реабилитационныx восстановительныx мероприятий пациентами, перенесшими инсульт или иные нейротравмы. Актуальной задачей является поиск и изучение в электроэнецефалограмме испытуемыx физиологическиx изменений, возникающиx при работе с нейроинтерфейсом. Таким образом, в рамка проекта будет проделана как инженерно-теxническая работа, включающая работу с оборудованием и написание алгоритмов обработки ЭЭГ данныx, так и непосредственно исследовательская.

Партнер проекта: Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова


6. Древний Генбанк

Руководители проекта: Шипилина Л.Ю., Семилет Т.В., Швачко Н.А.

Аннотация: Во все времена одной из важнейших возделываемых сельскохозяйственных культур являлись злаки, так как они представляют собой основу рациона  человека, входят в состав кормов для животных и важное сырье для многих отраслей промышленности. Доказательством этого является найденное в 2019 году крупное скопление культурных злаков в детинце Усвятского городища.  Усвяты - один из древнейших городов Северо-Запада России, расположен на территории Псковской области (впервые упомянут в русских летописях под 1021 г.). Данная находка датируется ХII веком и насчитывает более 34 тыс. зерен, основу которых составляет ячмень и несколько видов пшеницы. Одним из главных качеств такого "древнего генбанка" является прекрасно сохранившаяся форма и микрорельеф зерен, а также зерновые пленки. Наличие таких морфометрических параметров позволит выделить отдельные фрагменты ДНК и определить генетическую индивидуальность подвидов ячменя и пшеницы.

В связи с этим в рамках данного проекта предполагается: 
1. Подобрать оптимальный метод для выделения наиболее качественной ДНК ячменя и пшеницы из погребенных зерен Усвятского городища. Выбранный нами метод позволит выделить и очистить максимально возможное количество древней ДНК злаковых.
2. Амплификация выделенной ДНК при помощи набора «whole-genome amplification kit». Данный набор позволит увеличить количество фрагментов древней ДНК, несмотря на возможные повреждения (деградацию) ДНК от времени хранения. 
3. Проведение полимеразной цепной реакции (ПЦР) на "древней" ДНК с использованием сайт-специфичных маркеров. Данный метод позволит определить степень родства между видами древних и современных злаковых.

Полученные результаты в дальнейшем будут использоваться для установления филогенетических отношений между видами, а именно оценки эволюционной близости отдельных триб злаковых и рассмотрений отдельных изменений внутри популяции. Проведенная работа будет важных вкладом в развитие исследований в палеоботанике и палеогенетике растений.

Партнер проекта: Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова

 

Материалы для подготовки

1. Исследование органических и биорганических соединений в остатках на древних археологических артефактах (Историческое материаловедение в изучении культурного наследия)

1. Новошинский И.И., Новошинская Н.С. Органическая химия. 11 класс. Профильный уровень. М.: Русское слово. - 2008. -  352 с.
2. Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Органическая химия. 10 класс. М.: Просвещение.  - 2012. - 192 с.

2. Концепция разработки новых лекарств на основе исследования атомарной структуры макромолекул

1. Основы биохимии для медицинских колледжей/Л.М. Пусталова.—Изд.4-е.—Ростов н/Д: Феникс,2010.—440,[5] е.: ил.—(Медицина)
2. Занимательная коллоидная химия/ А.Д. Зимон —Изд.4-е.доп. и перераб.—М.: Агар,2002.—168 с.

3. Метагеномный биопроспектинг для поиска новых ферментов в экосистемах

1. Льюин Б. Гены. – 2011.
2. Щелкунов С. Н. Генетическая инженерия. – 2015.
3. Альбертс Б. и др. Основы молекулярной биологии клетки //М.: Бином. – 2015.
4. Нельсон Д. Л., Кокс М. М., Ленинджер А. Основы биохимии Ленинджера. – 2011.

4. Разработка мозг-компьютерного интерфейса для управления виртуальной верхней конечностью с использованием данных электроэнцефалографии

1. Кропотов Ю.Д. Количественная ЭЭГ, когнитивные вызванные потенциалы мозга человека и нейротерапия (первая глава, остальное - по желанию)
2. Каплан А.Я. и др. Экспериментально-теоретические основания и практические реализации технологии «Интерфейс мозг – компьютер»
3. Каплан, А. Я. Нейрофизиологические основания и практические реализации технологии мозг-машинных интерфейсов в неврологической реабилитации

5. Создание нейротренажера на базе теxнологии интерфейс мозг-компьютер на волне Р300 для целей пост-инсультной реабилитации

1. Биология: Общая биология. 10-11 класс: учебник. Базовый уровень // В.В. Пасечник, А.А. Каменский, Е.А. Криксунов  – М.: Дрофа, 2018
2. Прикладная электрофизиология. Методические материалы: теория и лабораторные работы // М.: ООО «Битроникс», 2017
3. Базовый курс «Программирование на Python»

6. Древний Генбанк

1. Жимулев, И.Ф. Общая и молекулярная генетика/ И.Ф. Жимулев. − Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2006. − 479 с.
2. Инге-Вечтомов С.Г. Генетика с основами селекции/ С.Г. Инге-Вечтомов. – Санкт-Петербург. – Изд-во Н-л, 2015. – 720 с.
3. Пухальский, В.А. Введение в генетику/ В.А. Пухальский. − М.: Колосс, 2007. − 224 с.

Эксперты и руководители проектов

Безрукавая
Полина Андреевна

Руководитель направления «Нейротехнологии» Дальневосточного федерального университета

Сыров
Николай Владимирович

Аспирант лаборатории нейрофизиологии инейрокомпьютерныx интерфейсов кафедры физиологии человека и животныx МГУ имени М.В.Ломоносова

Семилет
Татьяна Вячеславовна

Младший научный сотрудник Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова

Швачко
Наталия Альбертовна

Старший научный сотрудник Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова

Шипилина
Лилия Юрьевна

Старший научный сотрудник Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова, кандидат биологических наук

Борисевич
Игорь Сергеевич

Младший научный сотрудник Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Самыгина
Валерия Ролановна

Начальник отдела структурной биологии Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Васильев
Руслан Алексеевич

Лаборант-исследователь Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Корженков
Алексей Александрович

Лаборант Национального исследовательского центра «Курчатовский институт»

Руководители направления

Дьякова
Юлия Алексеевна

Заместитель директора по научной работе НИЦ «Курчатовский институт», член Координационного совета по делам молодежи в научной и образовательной сферах Совета при Президенте Российской Федерации по науке и образованию, кандидат физико-математических наук

Чубова
Надежда Михайловна

Директор Департамента образовательной деятельности и молодежной политики НИЦ «Курчатовский институт», член Координационного совета по делам молодежи в научной и образовательной сферах Совета при Президенте Российской Федерации по науке и образованию, методист программы «Большие вызовы» (2019, 2020), кандидат физико-математических наук

Подать заявку
© 2015–2020 Фонд «Талант и успех»
Нашли ошибку на сайте? Нажмите Ctrl(Cmd) + Enter. Спасибо!