無論伸手觸摸桌面上的何種物品，大腦都需要花一些時間來分析。但從指尖傳導而來的信號，剎那間就可抵達大腦皮層。研究指出，觸摸信號的神經傳導速度超過 100 英里/小時（160 公里/小時）。而且某些神經信號甚至可以接近 300 mph（約 480 km/h）。現在，加州理工學院的科學家們又介紹了一種新型超快相機，特點是能夠記錄信號脈衝穿過神經細胞時的鏡頭。
研究配圖 1：Diff-CUP 系統示意（來自：Nature Communications）
此外 Caltech 科學家們新開發的這款超快相機，還可以捕捉其它令人難以置信的快速現象的視頻，比如電子設備中的電磁脈衝傳播。
Bren 醫學工程與電氣工程教授、Andrew 和 Peggy Cherng 醫學工程領導主席、兼醫學工程行政主任的 Lihong Wang 指出，這項技術的全稱為“差分增強壓縮超快攝影”（簡稱 Diff-CUP）。
以不同速度、通過不同神經元的電脈衝
Diff-CUP 的運行方式，與王教授的主導的其它“壓縮超快攝影”系統類似。其已被證明能夠捕獲以光速行進的激光脈衝圖像，並以每秒 70 萬億幀的速度錄製視頻。
為了研究神經信號的傳播，新研究將它與名為 Mach-Zehnder 干涉儀的設備相結合。干涉儀先將激光束一分為二，僅使其中一束穿過物體、然後通過重新組合光束，來對物體和材料進行成像。
研究配圖 2：Diff-CUP 的相位靈敏度
由於光波受到其穿過的物體的影響，所以不同的材料、就能對其產生不同方式的影響。穿過被成像材料的光束，將使其與另一光束的波不同步。
當光束被重新組合時，不同步的波，便會以顯示有關被成像物體的信息的模式，而產生相互干擾（因此被稱作“干涉儀”）。
研究配圖 3：有髓軸突中傳播的節間電流 / 未編碼 Diff-CUP 成像
得益於這種特性，儘管人眼和傳統光學顯微鏡無法看到穿過神經細胞的電脈衝，但這種類型的干涉儀仍可輕鬆檢測。（順道一提，LIGO 也在用同樣的基礎理論來探測引力波）
實驗中，Mach-Zehnder 干涉儀能夠對這些神經脈衝進行成像，而 CUP 相機則以極高的幀速率來捕獲圖像。
Lihong V. Wang 教授
王教授補充道：看到神經信號，是對其產生科學理解的一個重要基礎。但受現有成像方法的拖累，此前我們一直難以提升其速度和靈敏度。
與此同時，Caltech 團隊還拍攝了電磁脈衝（EMP）的傳播照片。可知在某些材料中，EMP 能夠以接近光速傳播。
研究配圖 4：在 LN 晶體中傳播的 EMP 編碼的 Diff-CUP 成像
有鑒於此，研究人員試着讓電磁脈衝通過鈮酸鋰晶體 —— 這是一種具有獨特光學和電學特性的鹽。最終儘管 EMP 以極高的速度穿過該材料，Diff-CUP 相機仍能夠對其清晰地成像。
王教授總結道：“對周圍神經中的信號傳播進行成像，只是邁出了長期研究的第一步。對中樞神經系統中的實時信號交通進行成像將更加重要，因其有助於闡明大腦的確切工作方式”。