La nueva cámara ultrarrápida de Caltech captura señales que viajan a través de las células nerviosas
Los científicos de Caltech han desarrollado una nueva cámara súper rápida que puede registrar secuencias de pulsos de señales a medida que pasan a través de las células nerviosas. 1 crédito
Llega de inmediato y toca todo lo que te rodea. Ya sea la madera de su escritorio, una tecla de su teclado o el pelaje de su perro, lo sintió en el instante en que su dedo lo tocó.
¿Dónde habéis?
De hecho, le toma un poco de tiempo a su cerebro registrar la sensación de la yema de su dedo. Sin embargo, todavía sucede extremadamente rápido, con la señal táctil corriendo por tus nervios a más de 100 millas por hora. De hecho, algunas señales nerviosas son aún más rápidas, acercándose a velocidades de 300 millas por hora.
Los científicos de Caltech acaban de desarrollar una nueva cámara ultrarrápida capaz de registrar imágenes de estos impulsos a medida que pasan a través de las células nerviosas. 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 fotografía ultrarrápida comprimida diferencialmente mejorada (Diff-CUP), la tecnología de la cámara se desarrolló en el laboratorio de Lihong Wang. Es profesor Bren de ingeniería médica y eléctrica, presidente Andrew y Peggy Cherng de liderazgo en ingeniería médica y director de ingeniería médica.
Wang Lihong. 1 crédito
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 que viajan a la velocidad de la luz y grabación de video a 70 trillones de cuadros por segundo.
Usando la misma tecnología de cámara de alta velocidad que se encuentra en otros sistemas CUP, Diff-CUP la combina con un dispositivo llamado interferómetro Mach-Zehnder. El interferómetro genera imágenes de objetos y materiales dividiendo primero un haz de luz láser en dos, pasando solo uno de los haces divididos 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, el haz que pasa a través del material de la imagen tendrá sus ondas desincronizadas con las ondas del otro haz. Cuando los haces se recombinan, las ondas desincronizadas interfieren entre sí (de ahí el «interferómetro») en patrones que revelan información sobre el objeto que se está fotografiando.
Podemos ver impulsos eléctricos moviéndose a diferentes velocidades a través de diferentes neuronas. 1 crédito
Aunque no puede ver un impulso eléctrico viajando a través de una célula nerviosa con sus propios ojos, o incluso con un microscopio de luz convencional, este tipo de interferometría puede detectarlo. (Dicho sea de paso, esta misma técnica básica es utilizada por LIGO detectar ondas gravitacionales.) Por lo tanto, el interferómetro Mach-Zehnder permite obtener imágenes de estos pulsos, y la cámara CUP captura las imágenes a velocidades de cuadro increíblemente altas.
«Ver las señales nerviosas es fundamental para nuestra comprensión científica, pero aún no se ha logrado debido a la falta de velocidad y sensibilidad que brindan los métodos de imagen existentes», dijo Wang.
El equipo de investigación de Wang también capturó fotos de la propagación del pulso electromagnético (EMP). En algunos materiales, estos pueden viajar casi a la velocidad de la luz. En este caso, pasaron los 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 a la que un EMP atraviesa este material, la cámara pudo captarlo claramente.
«La obtención de imágenes de las señales que se propagan en los nervios periféricos es el primer paso», dice Wang. «Sería importante obtener imágenes del tráfico en vivo en un sistema nervioso central, lo que arrojaría luz sobre la función cerebral».
Referencia: «Imagen de fase ultrarrápida e hipersensible de la propagación de flujos de corriente internodal en axones mielinizados y pulsos electromagnéticos en dieléctricos» por Yide Zhang, Binglin Shen, Tong Wu, Jerry Zhao, Joseph C. Jing, Peng Wang, Kanomi Sasaki-Capela, William G Dunphy, David Garrett, Konstantin Maslov, Weiwei Wang y Lihong V. Wang, 6 de septiembre de 2022, 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.
