Квантовый скачок: дополнительная память для мозга

Ученые разработали новый квантовый материал, который может предупредить о развитии неврологических заболеваний. Другими словами, создан материал, который способен понимать язык мозга и переводить его на «человеческий».

Что, если бы мозг мог сам распознавать свои болезни и оповещать об этом человека? Именно таким вопросом задалась группа ученых из университета Пердью и Аргоннской национальной лаборатории, взявшись за разработку материала, который был бы чувствительным к ранним признакам неврологических заболеваний.

«Лингва франка» выступили ионные токи, которые помогают мозгу посылать сигналы организму. Посредством таких ионов можно определить концентрацию молекул, которые служат индикатором здоровья мозга.

В исследовании, опубликованном в Nature Communications, его авторы продемонстрировали квантовый материал, обладающий электронными свойствами и, одновременно, гораздо более чувствительный по сравнению со всеми материалами, используемыми в электронике (такими как кремний, например).

«Задача состоит в том, чтобы преодолеть разрыв между тем, как «думает» электроника, и тем, как думает мозг, с помощью ионов. Этот материал помог нам найти потенциальный мост», – сообщил Хай-Тян Чжан, один из авторов исследования.

Ученые прогнозируют, что новый материал сможет не только предупреждать о развитии болезней, но и «загружать» мозг. «Представьте, что вы помещаете в мозг электронное устройство,  которое собирает всю информацию. И когда мозг начинает работать хуже, устройство берет на себя выполнение его естественных функций», – рассказал Шрирам Раманатан, профессор материаловедения из Пердью, лаборатория которого специализируется на разработке технологий для мозга.

Специалисты считают, что этот материал – потенциальная возможность создания вычислительного устройства, которое будет хранить и передавать память.

Исследователи протестировали данный материал на распознание двух молекул: глюкозы, необходимой для производства энергии, и дофамина, химического посредника, который регулирует сигналы о движении, эмоциональные реакции и память. Поскольку уровень дофамина очень низкий (особенно у людей с болезнью Паркинсона), то его обнаружение всегда являлось процессом очень сложным. Тогда как именно уровень этого нейромедиатора мог бы указывать на ранние стадии неврологических заболеваний.

Новый квантовый материал оказался примерно в девять раз более чувствительным к дофамину, чем все существующие на сегодня методы его определения.

Своей сверхчувствительностью новый квантовый материал обязан сильному взаимодействию между так называемыми «коррелированными электронами». Исследователи впервые обнаружили, что когда новый материал входит в контакт с молекулами глюкозы, то благодаря ферменту, оксиды самопроизвольно «захватывают» водород из глюкозы. То же самое происходит с дофамином, вырабатываемым мозгом.

Ученые заявляют, что новый материал может находить атомы ряда других молекул, не только глюкозы и дофамина. Следующим шагом является создание способа, позволяющего материалу «общаться» с мозгом.