Les scientifiques de Caltech ont développé une nouvelle caméra ultra-rapide qui peut enregistrer des séquences d’impulsions de signal lorsqu’elles traversent les cellules nerveuses. 1 crédit
Atteignez tout de suite et touchez tout ce qui vous entoure. Qu’il s’agisse du bois de votre bureau, d’une touche de votre clavier ou de la fourrure de votre chien, vous l’avez senti à l’instant où votre doigt l’a touché.
Ou avez-vous?
En réalité, il faut un peu de temps à votre cerveau pour enregistrer la sensation du bout de votre doigt. Cependant, cela se produit toujours extrêmement rapidement, le signal tactile traversant vos nerfs à plus de 100 miles par heure. En fait, certains signaux nerveux sont encore plus rapides, approchant des vitesses de 300 milles à l’heure.
Les scientifiques de Caltech viennent de développer une nouvelle caméra ultra-rapide capable d’enregistrer des images de ces impulsions lorsqu’elles traversent les cellules nerveuses. Non seulement cela, mais la caméra peut également capturer des vidéos d’autres phénomènes incroyablement rapides, tels que la propagation des impulsions électromagnétiques dans l’électronique.
Connue sous le nom de photographie ultrarapide compressée à amélioration différentielle (Diff-CUP), la technologie de caméra a été développée dans le laboratoire de Lihong Wang. Il est professeur Bren de génie médical et de génie électrique, titulaire de la chaire de leadership en génie médical Andrew et Peggy Cherng et directeur général du génie médical.
Lihong Wang. 1 crédit
Diff-CUP fonctionne de manière similaire aux autres systèmes CUP de Wang, qui se sont avérés capables de capturer des images de des impulsions laser se déplaçant à la vitesse de la lumière et enregistrement vidéo à 70 billions d’images par seconde.
Partant de la même technologie de caméra à grande vitesse que l’on trouve dans les autres systèmes CUP, Diff-CUP la combine avec un appareil appelé interféromètre Mach-Zehnder. L’interféromètre image les objets et les matériaux en divisant d’abord un faisceau de lumière laser en deux, en faisant passer un seul des faisceaux divisés à travers un objet, puis en recombinant les faisceaux. Étant donné que les ondes lumineuses sont affectées par les objets qu’elles traversent, différents matériaux les affectant de différentes manières, le faisceau traversant le matériau imagé aura ses ondes désynchronisées avec les ondes de l’autre faisceau. Lorsque les faisceaux sont recombinés, les ondes désynchronisées interfèrent les unes avec les autres (d’où «l’interféromètre») dans des motifs qui révèlent des informations sur l’objet en cours d’imagerie.
On peut voir des impulsions électriques se déplacer à des vitesses différentes à travers différents neurones. 1 crédit
Même si vous ne pouvez pas voir une impulsion électrique traverser une cellule nerveuse avec vos propres yeux, ou même un microscope optique conventionnel, ce type d’interférométrie peut la détecter. (Incidemment, cette même technique de base est utilisée par LIGO détecter ondes gravitationnelles.) Ainsi, l’interféromètre Mach-Zehnder permet l’imagerie de ces impulsions, et la caméra CUP capture les images à des fréquences d’images incroyablement élevées.
“Voir les signaux nerveux est fondamental pour notre compréhension scientifique, mais n’a pas encore été atteint en raison du manque de vitesse et de sensibilité fournis par les méthodes d’imagerie existantes”, a déclaré Wang.
L’équipe de recherche de Wang a également capturé des photos de la propagation des impulsions électromagnétiques (EMP). Dans certains matériaux, ceux-ci peuvent voyager presque à la vitesse de la lumière. Dans ce cas, ils ont fait passer les impulsions électromagnétiques à travers un cristal de niobate de lithium, un sel aux propriétés optiques et électriques uniques. Malgré la vitesse extrêmement élevée à laquelle un EMP traverse ce matériau, la caméra a pu l’imager clairement.
“L’imagerie des signaux de propagation dans les nerfs périphériques est la première étape”, explique Wang. “Il serait important d’imager le trafic en direct dans un système nerveux central, ce qui éclairerait le fonctionnement du cerveau.”
Référence : « Imagerie de phase ultrarapide et hypersensible de la propagation des flux de courant internodal dans les axones myélinisés et des impulsions électromagnétiques dans les diélectriques » par 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 et Lihong V. Wang, 6 septembre 2022, <span class="glossaryLink" aria-describedby="tt" data-cmtooltip="
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>NatureCommunications[{“attribute=””>NatureCommunications.
DOI : 10.1038/s41467-022-33002-8
L’article décrivant leurs découvertes est paru dans la revue Communication Nature le 6 septembre. Les co-auteurs sont Yide Zhang, chercheur postdoctoral associé en génie médical; Binglin Shen, visiteur de l’Université de Shenzhen ; Tong Wu, visiteur de l’Université d’aéronautique et d’astronautique de Nanjing ; Jerry Zhao, ancien étudiant diplômé de la
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribut=””>USC[{“attribute=””>USC–Programme Caltech MD-PhD; Joseph C. Jing, anciennement de Caltech et actuellement à Cepton ; Peng Wang, chercheur postdoctoral principal associé en génie médical; Kanomi Sasaki-Capela, ancienne technicienne de recherche au Caltech ; William G. Dunphy, professeur de biologie Grace C. Steele; David Garrett, étudiant diplômé en génie médical; Konstantin Maslov, ancien scientifique du personnel de Caltech ; et Weiwei Wang du centre médical du sud-ouest de l’Université du Texas.
Le financement de la recherche a été fourni par les National Institutes of Health.
