Yüksek hızlı kamera, sinir hücrelerinden geçen sinyalleri yakalar

Hemen şimdi uzanın ve etrafınızdaki her şeye dokunun. İster klavyenizdeki bir tuş, ister masanızın ahşabı, ister köpeğinizin kürkü olsun, parmağınız ona dokunduğu anda onu hissettiniz. Yoksa yaptın mı?

Gerçekte, beyninizin parmak ucunuzdan gelen hissi kaydetmesi biraz zaman alır, ancak yine de oldukça hızlı gerçekleşir, dokunma sinyali saatte 100 milin üzerinde bir hızla sinirlerinizden geçer. Bazı sinir sinyalleri daha da hızlıdır ve saatte 300 mil hıza yaklaşır.

Şimdi, Caltech’teki bilim adamları, bu uyarıların sinir hücrelerinden geçerken görüntülerini kaydedebilen yeni bir ultra hızlı kamera geliştirdiler. Kamera ayrıca elektronikte elektromanyetik darbelerin yayılması gibi diğer ultra hızlı olayların videosunu da çekebilir.

Diferansiyel olarak geliştirilmiş sıkıştırılmış ultra hızlı fotoğrafçılık (Diff-CUP) olarak bilinen kamera teknolojisi, Bren Tıp Mühendisliği ve Elektrik Mühendisliği Profesörü, Andrew ve Peggy Cherng Tıp Mühendisliği Liderlik Başkanı ve tıp mühendisliğinden sorumlu yönetici Lihong Wang’ın laboratuvarında geliştirildi. .

Diff-CUP, Wang’ın saniyede 70 trilyon kare hızında video kaydedebildiği ve ışık hızında hareket ederken lazer darbelerinin görüntülerini yakalayabildiği gösterilen diğer CUP sistemlerine benzer şekilde çalışır.

Diff-CUP, diğer CUP sistemlerinde bulunan aynı yüksek hızlı kamera teknolojisini alır ve bunu Mach–Zehnder interferometre adı verilen bir cihazla birleştirir. İnterferometre, önce bir lazer ışığı demetini ikiye bölerek, bölünmüş demetlerden yalnızca birini bir nesneden geçirerek ve ardından demetleri yeniden birleştirerek nesneleri ve malzemeleri görüntüler.

Işık dalgaları, içinden geçtikleri nesnelerden etkilendikleri ve farklı malzemeler onları farklı şekillerde etkilediği için, görüntülenen malzemeden geçen ışının dalgaları, diğer ışının dalgaları ile senkronize olmayacaktır. Işınlar yeniden birleştirildiğinde, senkronize olmayan dalgalar, görüntülenen nesne hakkında bilgi ortaya çıkaran desenlerde birbirleriyle etkileşime girer (dolayısıyla “interferometre”).

Bir sinir hücresinden geçen bir elektrik darbesini kendi gözlerinizle veya geleneksel bir ışık mikroskobunda göremeseniz de, bu tür interferometri onu algılayabilir. (Bu arada, bu aynı temel teknik, LIGO tarafından yerçekimi dalgalarını tespit etmek için kullanılır.) Dolayısıyla, Mach–Zehnder interferometresi bu darbelerin görüntülenmesine izin verir ve CUP kamera, görüntüleri inanılmaz derecede yüksek kare hızlarında yakalar.

Wang, “Sinir sinyallerini görmek, bilimsel anlayışımızın temelidir, ancak mevcut görüntüleme yöntemlerinin sağladığı hız ve hassasiyet eksikliği nedeniyle henüz elde edilememiştir” diyor.

Wang’ın araştırma ekibi ayrıca, bazı malzemelerde neredeyse ışık hızında hareket edebilen elektromanyetik darbelerin (EMP) yayılmasının fotoğraflarını da yakaladı. Bu durumda, elektromanyetik darbeleri, benzersiz optik ve elektriksel özelliklere sahip bir tuz olan bir lityum niyobat kristalinden geçirdiler. Bir EMP’nin bu malzemeden geçtiği son derece yüksek hıza rağmen, kamera onu net bir şekilde görüntüleyebildi.

Wang, “Periferik sinirlerde yayılan sinyallerin görüntülenmesi ilk adımdır” diyor. “Beynin nasıl çalıştığına ışık tutacak bir merkezi sinir sisteminde canlı trafiği görüntülemek önemli olurdu.”

“Miyelinli aksonlarda yayılan internodal akım akışlarının ve dielektriklerdeki elektromanyetik darbelerin ultra hızlı ve aşırı duyarlı faz görüntülemesi” başlıklı bulgularını açıklayan makale dergide yayınlandı. Doğa İletişimi 6 Eylül’de

---