Estenda a mão agora mesmo e toque qualquer coisa ao seu redor. Seja uma tecla do seu teclado, a madeira da sua mesa ou o pelo do seu cachorro, você sentiu no instante em que seu dedo a tocou.

Ou você fez?

Na verdade, leva um pouco de tempo para o seu cérebro registrar a sensação da ponta do seu dedo, mas ainda acontece muito rápido, com o sinal de toque viajando pelos seus nervos a mais de 160 quilômetros por hora. Alguns sinais nervosos são ainda mais rápidos, chegando a velocidades de 300 milhas por hora.

Agora, cientistas da Caltech desenvolveram uma nova câmera ultrarrápida que pode gravar imagens desses impulsos enquanto viajam pelas células nervosas. A câmera também pode capturar vídeo de outros fenômenos ultrarrápidos, como a propagação de pulsos eletromagnéticos em eletrônicos.

A tecnologia da câmera, conhecida como fotografia ultrarrápida comprimida diferencialmente aprimorada (Diff-CUP), foi desenvolvida no laboratório de Lihong Wang, professor Bren de engenharia médica e engenharia elétrica, presidente de liderança em engenharia médica Andrew e Peggy Cherng e diretor executivo de engenharia médica .

O Diff-CUP opera de forma semelhante aos outros sistemas CUP de Wang, que se mostraram capazes de gravar vídeo a 70 trilhões de quadros por segundo e capturar imagens de pulsos de laser enquanto viajam na velocidade da luz .

O Diff-CUP usa a mesma tecnologia de câmera de alta velocidade encontrada em outros sistemas CUP e a combina com um dispositivo chamado interferômetro Mach-Zehnder. O interferômetro cria imagens de objetos e materiais dividindo primeiro um feixe de luz laser em dois, passando apenas um dos feixes divididos através de um objeto e, em seguida, recombinando os feixes. Como as ondas de luz são afetadas pelos objetos pelos quais passam, com diferentes materiais afetando-as de maneiras variadas, o feixe que passa pelo material que está sendo fotografado terá suas ondas fora de sincronia com as ondas do outro feixe. Quando os feixes são recombinados, as ondas fora de sincronia interferem umas com as outras (daí o "interferômetro") em padrões que revelam informações sobre o objeto que está sendo fotografado.

Embora você não possa ver um pulso elétrico viajando através de uma célula nervosa com seus próprios olhos, ou mesmo um microscópio de luz convencional, esse tipo de interferometria pode detectá-lo. (Aliás, essa mesma técnica básica é usada pelo LIGO para detectar ondas gravitacionais.) Assim, o interferômetro Mach-Zehnder permite a imagem desses pulsos, e a câmera CUP captura as imagens em taxas de quadros incrivelmente altas.

"Ver os sinais nervosos é fundamental para nossa compreensão científica, mas ainda não foi alcançado devido à falta de velocidade e sensibilidade fornecida pelos métodos de imagem existentes", diz Wang.

A equipe de pesquisa de Wang também capturou fotos da propagação de pulsos eletromagnéticos (EMP), que, em alguns materiais, podem viajar quase à velocidade da luz. Neste caso, eles passaram os pulsos eletromagnéticos através de um cristal de niobato de lítio, um sal que possui propriedades ópticas e elétricas únicas. Apesar da velocidade extremamente alta com que um EMP passa por esse material, a câmera conseguiu fotografá-lo claramente.

"A imagem de sinais de propagação nos nervos periféricos é o primeiro passo", diz Wang. “Seria importante imaginar o tráfego ao vivo em um sistema nervoso central, o que esclareceria como o cérebro funciona”.

O artigo que descreve suas descobertas, intitulado "Imagem de fase ultrarrápida e hipersensível de propagação de fluxos de corrente internodal em axônios mielinizados e pulsos eletromagnéticos em dielétricos", foi publicado na revista Nature Communications em 6 de setembro. Os co-autores são Yide Zhang, pesquisador associado de pós-doutorado em engenharia médica; Binglin Shen, visitante da Universidade de Shenzhen; Tong Wu, visitante da Universidade de Aeronáutica e Astronáutica de Nanjing; Jerry Zhao, ex-aluno de pós-graduação do programa USC-Caltech MD-PhD; Joseph C. Jing, ex-Caltech e atualmente no Cepton; Peng Wang, pesquisador associado sênior de pós-doutorado em engenharia médica; Kanomi Sasaki-Capela, ex-técnico de pesquisa da Caltech; William G. Dunphy, professor de biologia Grace C. Steele; David Garrett, estudante de graduação em engenharia médica; Konstantin Maslov, ex-cientista da equipe do Caltech; e Weiwei Wang da University of Texas Southwestern Medical Center.

O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo National Institutes of Health.