La filmación en cámara lenta acaba de conseguir una gran mejora, con un sensor de cámara capaz de fimar acciones a 1 millón de cuadros por segundo

El dispositivo en blanco y negro es lo suficientemente rápido como para captar los impulsos que se mueven a través de las células nerviosas activas, y su resolución es suficientemente buena como para filmar las señales pulsantes de longitudes del orden de los microsegundos, tales como las señales nerviosas que circulan a través de las redes de neuronas a velocidades de hasta 180 kilómetros por hora.

Capturar fotogramas que duran millonésimas de segundo exige una gran sensibilidad a la luz, así como una precisa temporización. El dispositivo utiliza una matriz de detectores de un único fotón, o SPADs, cada uno conectado a un pequeño cronómetro. El cronómetro registra el momento en que el SPAD es golpeado por el ingreso de un fotón, con una precisión de alrededor de 100 picosegundos.

Visión más amplia

Cada SPAD y su temporizador actuan como una cámara de un solo píxel, una configuración que se ha utilizado durante varios años, dice Edoardo Charbon de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos.

Charbon es el coordinador del proyecto pan europeo Megaframe, que es el primero en producir un chip de silicio que combina muchos de estos dispositivos en un sensor de imagen. El chip funciona como una cámara digital, de modo que puede registrar objetos completos, no sólo pequeñas manchas como los SPAD individuales. El chip actual contiene una matriz de 1024 SPADs y cronómetros: «Nadie ha operado tantos en un solo chip antes», dice Charbon.

Breve exposición

Cada imagen del Megaframe es capturada en sólo unos nanosegundos, y el aparato en sí puede capturar una imagen por microsegundo, o 1 millón de cuadros por segundo. «Si cada píxel fue golpeado por un fotón cada microsegundo, entonces usted puede medir 1024 millones de fotones por segundo, que es una gigamedición por segundo», dice Charbon. En realidad, sin embargo, no basta con que los fotones chocan con SPADs para lograr dicha resolución.

El sensor puede ser equipado con una lente de la cámara convencional, por ejemplo las de cualquiera de los aparatos móviles actuales, dice Charbon. Pero por ahora el equipo se ha colocado en un microscopio para capturar el disparo de las neuronas. Ellos utilizan una técnica denominada toma de imagen por microscopía fluorescente en tiempo real. Se aprovecha el hecho de que, cuando se las ilumina, algunas moléculas absorben fotones y descargan la energía poco después con un segundo fotón de otro color.

El sensor Megaframe detecta los fotones emitidos y mide el tiempo que tardan en aparecer después de que fue absorbido el fotón inicial. Esto puede revelar las propiedades de la molécula que emite. «La distribución varía de forma predecible en función del entorno local, por ejemplo, por la concentración de calcio», Charbon dice.

Debido a que los canales iónicos en las neuronas se disparan debido a una acumulación de calcio alrededor de ellos, la técnica ofrece una manera de monitorear la actividad de la neurona. Y debido a que el chip puede manejar hasta 1024 fotones al mismo tiempo, puede grabar una imagen en movimiento de la neurona para mostrar exactamente cómo viaja una señal nerviosa a través de ella.

Velocidad del pensamiento

Usando el chip Megaframe para capturar un millón de imágenes por segundo, será posible «filmar» los impulsos en movimiento en una pequeña red de neuronas, dice Charbon.

Carl Petersen, del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausanne, utiliza una generación anterior del chip, que contiene menos SPADs, para «filmar» procesos similares. «Este nuevo chip será extremadamente útil», dice.

El neurocientífico Alessandro Esposito de la Universidad de Cambridge está entusiasmado con las nuevas perspectivas que podría proporcionar Megaframe.

Él dice que el nuevo chip puede tomar sucesos que se mueven con tanta velocidad que en la actualidad sólo se pueden registrar con mediciones eléctricas que no ofrecen ninguna información espacial. «El impacto de Megaframe sobre la medición en tiempo real será trascendental», dice. Podría, por ejemplo, conducir a una mejor comprensión de las bases moleculares del cáncer.

Fuente: New Scientist. Aportado por Eduardo J. Carletti