Tänk om hjärnan kunde upptäcka sin egen sjukdom? Forskare har försökt skapa ett material som "tänker" som hjärnan gör, som skulle vara känsligare för tidiga tecken på neurologiska sjukdomar som Parkinsons.

Att tänka är långt borta, men forskare från Purdue University och Argonne National Laboratory har konstruerat ett nytt material som åtminstone kan "lyssna".

Lingua franca är jonströmmar, som hjälper hjärnan att utföra en viss reaktion, behövs för något så grundläggande som att skicka en signal att andas. Att detektera joner innebär också att detektera koncentrationen av en molekyl, som fungerar som en indikator på hjärnans hälsa.

I en studie publicerad i Naturkommunikation , forskare visar förmågan hos ett kvantmaterial att automatiskt ta emot väte när det placeras under en djurmodells hjärnskiva. Quantum betyder att materialet har elektroniska egenskaper som båda inte kan förklaras av klassisk fysik, och som ger den en unik fördel gentemot andra material som används inom elektronik, såsom kisel.

Kanten, I detta fall, är stark, "korrelerade" elektroner som gör materialet extra känsligt och extra avstämbart.

"Målet är att överbrygga klyftan mellan hur elektronik tänker, som är via elektroner, och hur hjärnan tänker, som är via joner. Detta material hjälpte oss att hitta en potentiell bro, sa Hai-Tian Zhang, en Gilbreth-postdoktor vid Purdue's College of Engineering och första författare på tidningen.

I det långa loppet, detta material kan till och med ge möjligheten att "ladda ner" din hjärna, säger forskarna.

"Föreställ dig att placera en elektronisk enhet i hjärnan, så att när naturliga hjärnfunktioner börjar försämras, en person kan fortfarande hämta minnen från den enheten, sa Shriram Ramanathan, en Purdue-professor i materialteknik vars labb är specialiserat på att utveckla hjärninspirerad teknologi.

"Vi kan med tillförsikt säga att detta material är en potentiell väg till att bygga en datorenhet som skulle lagra och överföra minnen, " han sa.

Forskarna testade detta material på två molekyler:Glukos, ett socker som är nödvändigt för energiproduktion, och dopamin, en kemisk budbärare som reglerar rörelse, känslomässiga reaktioner och minne.

Eftersom dopaminmängderna vanligtvis är låga i hjärnan, och ännu lägre för personer med Parkinsons sjukdom, att upptäcka denna kemikalie har varit notoriskt svårt. Men att upptäcka dopaminnivåer tidigt skulle innebära snabbare behandling av sjukdomen.

"Detta kvantmaterial är ungefär nio gånger känsligare för dopamin än metoder som vi för närvarande använder i djurmodeller, sade Alexander Chubykin, en biträdande professor i biologiska vetenskaper vid Purdue Institute for Integrative Neuroscience, baserad i Discovery Park.

Kvantmaterialet har sin känslighet för starka interaktioner mellan så kallade "korrelerade elektroner". Forskarna fann först att när de placerade materialet i kontakt med glukosmolekyler, oxiderna skulle spontant ta väte från glukosen via ett enzym. Samma sak hände med dopamin som frigjordes från en mushjärna.

Den starka affiniteten till väte, som visades när forskare vid Argonne National Laboratory skapade simuleringar av experimenten, tillät materialet att extrahera atomer på egen hand – utan en kraftkälla.

"Det faktum att vi inte gav ström till materialet för att det skulle ta in väte betyder att det kunde ge mycket lågeffektelektronik med hög känslighet, ", sa Ramanathan. "Detta kan vara till hjälp för att undersöka outforskade miljöer, också."

Forskarna säger också att detta material kunde känna av atomerna i en rad molekyler, utöver bara glukos och dopamin. Nästa steg är att skapa ett sätt för materialet att "tala tillbaka" till hjärnan.