Los científicos de Caltech han desarrollado una nueva cámara ultrarrápida que puede registrar instantáneas de impulsos de señales a medida que viajan a través de las neuronas. Crédito: Instituto de Tecnología de California
Conéctese ahora y toque cualquier cosa a su alrededor. Ya sea la madera de su escritorio, una tecla de su teclado o el pelaje de su perro, puede sentirlo en el momento en que su dedo lo toca.
o eres tu
De hecho, le toma un tiempo a su cerebro registrar la sensación de la punta de su dedo. Sin embargo, esto aún sucede muy rápido, con la señal táctil viajando a través de sus nervios a más de 100 mph. De hecho, algunas señales nerviosas son más rápidas, acercándose a 300 millas por hora.
Los científicos del Instituto de Tecnología de California acaban de desarrollar una nueva cámara ultrarrápida que puede registrar instantáneas de estos impulsos a medida que viajan a través de las neuronas. No solo eso, sino que la cámara también puede capturar videos de otros fenómenos increíblemente rápidos, como la propagación de pulsos electromagnéticos en la electrónica.
Conocida como Imágenes ultrarrápidas compactas mejoradas diferencialmente (Diff-CUP), la tecnología de la cámara se desarrolló en el laboratorio de Lihong Wang. Es el Profesor Bren de Ingeniería Médica e Ingeniería Eléctrica, el Presidente Andrew y Peggy Cherring del Liderazgo de Ingeniería Médica y el Director Ejecutivo de Ingeniería Médica.
Wang Lihong. Crédito: Instituto de Tecnología de California
Diff-CUP funciona de manera similar a los otros sistemas CUP de Wang, que han demostrado ser capaces de capturar imágenes de Pulsos de láser porque se mueven a la velocidad de la luz. Y el Grabación de video de 70 trillones de cuadros por segundo.
Comenzando con la misma tecnología de cámara de alta velocidad que se encuentra en otros sistemas CUP, el Diff-CUP la combina con un dispositivo llamado interferómetro Mach-Zehnder. El interferómetro visualiza objetos y materiales dividiendo primero un haz de luz láser en dos partes, pasando solo un haz a través de un objeto y luego recombinando los haces. Dado que las ondas de luz se ven afectadas por los objetos que atraviesan, con diferentes materiales que las afectan de diferentes maneras, un haz que atraviesa el material del que se forman imágenes tendrá ondas que no están sincronizadas con las ondas del otro haz. Cuando los haces se recombinan, las ondas asíncronas interfieren entre sí (de ahí el «interferómetro») en patrones que revelan información sobre el objeto que se está fotografiando.
Se pueden ver impulsos eléctricos viajando a diferentes velocidades a través de diferentes neuronas. Crédito: Instituto de Tecnología de California
Aunque no puedes ver un impulso eléctrico viajando a través de una neurona con tus propios ojos, o incluso con un microscopio óptico convencional, este tipo de interferometría puede detectarlo. (Por cierto, esta misma técnica básica es utilizada por Lego Detectar ondas gravitacionales.) Por lo tanto, el interferómetro Mach-Zehnder permite obtener imágenes de estos pulsos, y la cámara CUP captura imágenes a velocidades de cuadro increíblemente altas.
«Ver señales neuronales es fundamental para nuestra comprensión científica, pero aún no se ha logrado debido a la falta de velocidad y sensibilidad que ofrecen los métodos de imagen actuales», dice Wang.
El equipo de investigación de Wang también capturó imágenes de propagación de pulsos electromagnéticos (EMP). En algunos materiales, puede viajar casi a la velocidad de la luz. En este caso, pasaron pulsos electromagnéticos a través de un cristal de niobato de litio, una sal con propiedades ópticas y eléctricas únicas. A pesar de la velocidad extremadamente alta con la que los pulsos electromagnéticos atraviesan este material, la cámara pudo fotografiarlo claramente.
«Imagen de las señales de propagación en los nervios periféricos es el primer paso», dice Wang. «Será importante visualizar el tráfico en vivo en el sistema nervioso central, lo que arrojaría luz sobre cómo funciona el cerebro».
Referencia: «Imagen de fase ultrarrápida y altamente sensible del flujo de corriente interna difusa en axones medulares y pulsos electromagnéticos en dieléctricos» por Yide Zhang, Binglin Shen, Tong Wu, Jerry Zhao, Joseph C.Jing, Peng Wang, Kanomi Sasaki-Capela y Guillermo G. Dunphy, David Garrett, Konstantin Maslov, Weiwei Wang y Lihong en Wang, 6 de septiembre de 2022 Disponible aquí. DOI: 10.1038/s41467-022-33002-8
The paper describing their findings appeared in the journal Nature Communications on September 6. Co-authors are Yide Zhang, postdoctoral scholar research associate in medical engineering; Binglin Shen, visitor from Shenzhen University; Tong Wu, visitor from Nanjing University of Aeronautics and Astronautics; Jerry Zhao, former graduate student of the USC–Caltech MD-PhD program; Joseph C. Jing, formerly of Caltech and currently at Cepton; Peng Wang, senior postdoctoral scholar research associate in medical engineering; Kanomi Sasaki-Capela, former research technician at Caltech; William G. Dunphy, Grace C. Steele Professor of Biology; David Garrett, graduate student in medical engineering; Konstantin Maslov, former staff scientist at Caltech; and Weiwei Wang of University of Texas Southwestern Medical Center.
Funding for the research was provided by the National Institutes of Health.
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