Każdy nasz ruch wymaga doskonałej koordynacji na linii układu nerwowego i mięśniowego. W praktyce potrzeba trochę czasu, aby mózg zarejestrował wrażenie z opuszki palca, mimo iż impulsy nerwowe podróżują z prędkością blisko 170 km/h – niektóre rozpędzają się nawet do 500 km/h! Ale czy możliwe jest ich uchwycenie?
Czytaj też: Jak neurony odnajdują swoje miejsce w mózgu? Odpowiedź ukryta w nicieniu
Zespół naukowców z Caltech stworzył nową ultraszybką kamerę, która rejestruje impulsy nerwowe podczas ich propagacji przez neurony. Kamera może także rejestrować materiały wideo innych ultraszybkich zjawisk, takich jak impulsy elektromagnetyczne w urządzeniach elektronicznych. Szczegóły opisano w Nature Communications.
Kamera do podglądania neuronów
Kamera wykorzystuje technologię kompresji Diff-CUP, którą opracowało laboratorium prof. Lihona Wanga. Działa ona podobnie do technologii CUP opracowanej przez zespół prof. Wanga, która pozwala na rejestrowanie nawet 70 bilionów klatek na sekundę i przechwytywanie obrazów impulsów laserowych.
Czytaj też: Mikroskop tak dokładny, że można nim obserwować neurony. Zadziwia też rozmiarami
Diff-CUP to modyfikacja technologii CUP, z tą różnicą, że wykorzystuje także tzw. interferometr Macha-Zehndera. W urządzeniu tym promień świetlny padający na wejście układu rozdzielany jest układem luster na dwa promienie, z których każdy przechodzi przez interferometr inną drogą. Promienie ponownie spotykają się na wyjściu układu. Obraz interferencyjny zależy od różnicy faz obu promieni. Gdy w jednym z ramion interferometru umieścimy tzw. obiekt fazowy (dowolny obiekt przezroczysty o nieznacznie zmieniającym się współczynniku załamania), efekty tych zmian będą widoczne w obrazie interferencyjnym. Podobną technikę wykorzystuje LIGO do wykrywania fal grawitacyjnych.
Nie można zobaczyć impulsu elektrycznego podróżującego między włóknami nerwowymi, ale interferometr Macha-Zehndera może wykryć interferencję tych sygnałów. Kamera CUP z kolei rejestruje je z niewiarygodną wręcz liczbą klatek na sekundę.
Widzenie sygnałów nerwowych jest fundamentalne dla naszego naukowego zrozumienia, ale nie zostało jeszcze osiągnięte z powodu braku szybkości i czułości zapewnianej przez istniejące metody obrazowania.prof. Lihon Wang
Przeprowadzone badania to dopiero pierwszy krok do dokładniejszego obrazowania działania mózgu w czasie rzeczywistym.
