无论伸手触摸桌面上的那种物品，大脑都需要花一些时间来分析。但从指尖传导而来的信号，刹那间就可抵达大脑皮层。研究指出，触摸信号的神经传导速度超过100英里/小时（160公里/小时）。而且某些神经信号甚至可以接近300mph（约 480 km/h）。现在，加州理工学院的科学家们介绍了一种新型超快相机，能够记录信号脉冲穿过神经细胞时的镜头。

Diff-CUP 系统示意

此外 Caltech 科学家们新开发的这款超快相机，还可以捕捉其它令人难以置信的快速现象的视频，比如电子设备中的电磁脉冲传播。

Bren 医学工程与电气工程教授、Andrew 和 Peggy Cherng 医学工程领导主席、兼医学工程行政主任的 Lihong Wang 指出，这项技术的全称为“差分增强压缩超快摄影”（简称 Diff-CUP）。

以不同速度、通过不同神经元的电脉冲

Diff-CUP 的运行方式，与王教授的主导的其它“压缩超快摄影”系统类似。其已被证明能够捕获以光速行进的激光脉冲图像，并以每秒 70 万亿帧的速度录制视频。

为了研究神经信号的传播，新研究将它与名为 Mach-Zehnder 干涉仪的设备相结合。干涉仪先将激光束一分为二，仅使其中一束穿过物体、然后通过重新组合光束，来对物体和材料进行成像。

Diff-CUP 的相位灵敏度

由于光波受到其穿过的物体的影响，所以不同的材料、就能对其产生不同方式的影响。穿过被成像材料的光束，将使其与另一光束的波不同步。

当光束被重新组合时，不同步的波，便会以显示有关被成像物体的信息的模式，而产生相互干扰（因此被称作“干涉仪”）。

有髓轴突中传播的节间电流 / 未编码 Diff-CUP 成像

得益于这种特性，尽管人眼和传统光学显微镜无法看到穿过神经细胞的电脉冲，但这种类型的干涉仪仍可轻松检测。（顺道一提，LIGO 也在用同样的基础理论来探测引力波）

实验中，Mach-Zehnder 干涉仪能够对这些神经脉冲进行成像，而 CUP 相机则以极高的帧速率来捕获图像。

王教授补充道：看到神经信号，是对其产生科学理解的一个重要基础。但受现有成像方法的拖累，此前我们一直难以提升其速度和灵敏度。

与此同时，Caltech 团队还拍摄了电磁脉冲（EMP）的传播照片。可知在某些材料中，EMP 能够以接近光速传播。

在 LN 晶体中传播的 EMP 编码的 Diff-CUP 成像

研究人员试着让电磁脉冲通过铌酸锂晶体 —— 这是一种具有独特光学和电学特性的盐。最终尽管 EMP 以极高的速度穿过该材料，Diff-CUP 相机仍能够对其清晰地成像。

王教授总结道：“对周围神经中的信号传播进行成像，只是迈出了长期研究的第一步。对中枢神经系统中的实时信号交通进行成像将更加重要，因其有助于阐明大脑的确切工作方式”。