E se il cervello potesse rilevare la propria malattia? I ricercatori hanno cercato di creare un materiale che "pensa" come fa il cervello, che sarebbe più sensibile ai primi segni di malattie neurologiche come il Parkinson.

Il pensiero è molto lontano, ma i ricercatori della Purdue University e dell'Argonne National Laboratory hanno progettato un nuovo materiale che può almeno "ascoltare".

La lingua franca sono le correnti ioniche, che aiutano il cervello a compiere una particolare reazione, necessario per qualcosa di così semplice come inviare un segnale per respirare. Rilevare ioni significa anche rilevare la concentrazione di una molecola, che funge da indicatore della salute del cervello.

In uno studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura , i ricercatori dimostrano la capacità di un materiale quantistico di ricevere automaticamente idrogeno quando viene posto sotto la fetta di cervello di un modello animale. Quantum significa che il materiale ha proprietà elettroniche che non possono essere spiegate dalla fisica classica, e che gli conferiscono un vantaggio unico rispetto ad altri materiali utilizzati in elettronica, come il silicio.

Il bordo, in questo caso, è forte, elettroni "correlati" che rendono il materiale extra sensibile ed extra accordabile.

"L'obiettivo è colmare il divario tra il modo in cui l'elettronica pensa, che è tramite gli elettroni, e come pensa il cervello, che è tramite ioni. Questo materiale ci ha aiutato a trovare un potenziale ponte, " disse Hai-Tian Zhang, un borsista post-dottorato Gilbreth al Purdue's College of Engineering e primo autore del documento.

A lungo termine, questo materiale potrebbe anche portare la capacità di "scaricare" il tuo cervello, dicono i ricercatori.

"Immagina di mettere un dispositivo elettronico nel cervello, in modo che quando le funzioni cerebrali naturali iniziano a deteriorarsi, una persona potrebbe ancora recuperare i ricordi da quel dispositivo, " disse Shriram Ramanathan, un professore di ingegneria dei materiali alla Purdue il cui laboratorio è specializzato nello sviluppo di tecnologie ispirate al cervello.

"Possiamo affermare con sicurezza che questo materiale è un potenziale percorso per costruire un dispositivo informatico che memorizzi e trasferisca i ricordi, " Egli ha detto.

I ricercatori hanno testato questo materiale su due molecole:glucosio, uno zucchero indispensabile per la produzione di energia, e dopamina, un messaggero chimico che regola il movimento, risposte emotive e memoria.

Poiché le quantità di dopamina sono tipicamente basse nel cervello, e ancora più basso per le persone con malattia di Parkinson, rilevare questa sostanza chimica è stato notoriamente difficile. Ma rilevare i livelli di dopamina in anticipo significherebbe un trattamento più rapido della malattia.

"Questo materiale quantistico è circa nove volte più sensibile alla dopamina rispetto ai metodi che utilizziamo attualmente nei modelli animali, " ha detto Alexander Chubykin, un assistente professore di scienze biologiche presso il Purdue Institute for Integrative Neuroscience, con sede a Discovery Park.

Il materiale quantistico deve la sua sensibilità alle forti interazioni tra i cosiddetti "elettroni correlati". I ricercatori hanno scoperto per la prima volta che quando hanno messo il materiale a contatto con le molecole di glucosio, gli ossidi afferrerebbero spontaneamente l'idrogeno dal glucosio tramite un enzima. Lo stesso è accaduto con la dopamina rilasciata da una fetta di cervello di topo.

La forte affinità con l'idrogeno, come mostrato quando i ricercatori dell'Argonne National Laboratory hanno creato simulazioni degli esperimenti, ha permesso al materiale di estrarre gli atomi da solo, senza una fonte di energia.

"Il fatto che non abbiamo fornito energia al materiale per assorbire l'idrogeno significa che potrebbe portare un'elettronica a bassissima potenza con un'elevata sensibilità, " ha detto Ramanathan. "Questo potrebbe essere utile per sondare ambienti inesplorati, anche."

I ricercatori dicono anche che questo materiale potrebbe rilevare gli atomi di una serie di molecole, oltre al glucosio e alla dopamina. Il prossimo passo è creare un modo per il materiale di "parlare" al cervello.