高速摄像机捕捉穿过神经细胞的信号

现在伸出手，触摸你周围的任何东西。无论是键盘上的键、桌子上的木头，还是狗的皮毛，手指接触到它的那一刻，你就会感觉到它。还是你?

实际上，您的大脑确实需要一些时间来记录您指尖的感觉，但它的发生速度仍然非常快，触摸信号以每小时超过 100 英里的速度穿过您的神经。一些神经信号甚至更快，接近每小时 300 英里的速度。

现在，加州理工学院的科学家们开发了一种新的超快相机，可以记录这些冲动穿过神经细胞时的镜头。该相机还可以捕捉其他超快现象的视频，例如电子设备中的电磁脉冲传播。

该相机技术被称为差分增强压缩超快摄影 (Diff-CUP)，由医学工程和电气工程 Bren 教授、医学工程领导主席、医学工程执行官 Lihong Wang 的实验室开发.

Diff-CUP 的工作原理与 Wang 的其他 CUP 系统类似，这些系统已被证明能够以每秒 70 万亿帧的速度录制视频，并在激光脉冲以光速传播时捕获图像。

Diff-CUP 采用与其他 CUP 系统相同的高速相机技术，并将其与称为 Mach-Zehnder 干涉仪的设备相结合。干涉仪通过首先将一束激光分成两束，仅使一束分开的光束穿过物体，然后重新组合光束来对物体和材料进行成像。

由于光波受到它们穿过的物体的影响，不同的材料以不同的方式影响它们，穿过被成像材料的光束将使其波与另一光束的波不同步。当光束重新组合时，不同步的波会以显示有关被成像物体信息的模式相互干扰(因此称为“干涉仪”)。

尽管您无法用自己的眼睛甚至传统的光学显微镜看到穿过神经细胞的电脉冲，但这种类型的干涉仪可以检测到它。(顺便说一句，LIGO 也使用同样的基本技术来探测引力波。)因此，马赫-曾德干涉仪允许对这些脉冲进行成像，而 CUP 相机以极高的帧速率捕获图像。

“看到神经信号是我们科学理解的基础，但由于现有成像方法缺乏速度和灵敏度，尚未实现，”王说。

王的研究团队还拍摄了电磁脉冲(EMP)传播的照片，在某些材料中，电磁脉冲可以接近光速传播。在这种情况下，他们将电磁脉冲通过铌酸锂晶体，这是一种具有独特光学和电学特性的盐。尽管 EMP 以极高的速度穿过这种材料，但相机仍能清晰地成像。

“对周围神经中的传播信号进行成像是第一步，”王说。“对中枢神经系统中的实时交通进行成像非常重要，这将阐明大脑的工作方式。”

描述他们发现的论文于 9 月 6 日 发表在《自然通讯》杂志上，题为“在有髓轴突中传播的节间电流和电介质中的电磁脉冲的超快和超灵敏相位成像” 。

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