Для осуществления всех метаболических функций, передачи ощущений или вызова механического ответа нервная система должна постоянно обрабатывать большое количество информации в форме нервных импульсов (электрических). Скорость их движения настолько высока, что наблюдать это явление никогда не удавалось напрямую. Инженеры Калифорнийского технологического института, используя последние достижения в области высокоскоростной фотографии, разработали сверхбыструю камеру, способную улавливать движение электрических импульсов через нейроны. Наблюдение за этим ранее неуловимым явлением может привести к лучшему пониманию биологии мозга, что является основополагающим в поиске неврологических методов лечения. Электромагнитные сигналы, движущиеся со скоростью света, также могут быть захвачены.
Получая ощущение (например, прикосновение), периферическая нервная система передает центральной нервной системе поток информации. Нервный импульс проходит через клетки нейронов спинного мозга и достигает клеток таламуса — центра обработки сенсорных сигналов в глубине мозга. Таламус, состоящий из более чем 100 миллиардов нейронов, определяет реакцию на полученную информацию.
Сложные взаимодействия многих неврологических функций происходят очень быстро. Нервные импульсы по сенсорным нервам движутся со скоростью почти 160 километров в час. Ощущения, требующие немедленной реакции (например, ожог), могут генерировать еще более быстрые нервные импульсы со скоростью до 483 километров в час.
Медицинские технологии визуализации, например функциональная магнитно-резонансная томография, способны демонстрировать, какие участки мозга проявляют активность (деполяризуются) при поступлении нервных импульсов. Изучение сигналов нервной системы важно для развития науки, но современные методы визуализации пока недостаточно быстрые и точные. — заявляет в своём заявлении Лихонг Ванг, соавтор нового исследования, опубликованного в журнале. И сотрудник научного отдела Лаборатории оптической визуализации Калифорнийского технологического института.
«Магнитоэнцефалография помогает изучить как передаются сигналы по периферическим нервам. «, — говорит Ванг. «Получение изображения потока активности в центральной нервной системе было бы важно, так как это позволило бы лучше понять функции мозга. «, — предполагает он.
Камера Diff-CUP с помощью интерферометра Маха-Цендера может захватывать изображения быстро движущихся объектов, разделяя луч света на два фрагмента. Один из них проходит через объект, а другой нет. Затем фрагменты соединяются снова. Изменение световых волн под воздействием материала объекта приводит к десинхронизации лучей. Это вызывает интерференцию, паттерны которой содержат информацию об объекте.
Этот тип интерферометрии применялся для регистрации гравитационных волн, а его сочетание с CUP обеспечивает высоких скоростей съемку изображений. Для проверки технологии исследователи снимали электрические импульсы, проходящие через седалищный нерв лягушки (Xenopus laevis), передвигающейся со скоростью около 100 метров в секунду. Также удалось зафиксировать движение электромагнитных импульсов через кристалл ниобата лития со скоростью света.