Forskare från Hokkaido University har hittat ett mjukt och vått material som kan memorera, hämta, och glömmer information, ungefär som den mänskliga hjärnan. De rapporterar sina resultat i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

Den mänskliga hjärnan lär sig saker, men tenderar att glömma dem när informationen inte längre är viktig. Att återskapa denna dynamiska minnesprocess i konstgjorda material har varit en utmaning. Forskare från Hokkaido University rapporterar nu en hydrogel som efterliknar hjärnans dynamiska minnesfunktion:kodande information som bleknar med tiden beroende på minnesintensiteten.

Hydrogeler är flexibla material som består av en stor andel vatten - i detta fall cirka 45% - tillsammans med andra kemikalier som ger en ställningsliknande struktur för att innehålla vattnet. Professor Jian Ping Gong, Biträdande professor Kunpeng Cui och deras studenter och kollegor vid Hokkaido Universitys Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) försöker utveckla hydrogeler som kan tjäna biologiska funktioner.

"Hydrogeler är utmärkta kandidater för att efterlikna biologiska funktioner eftersom de är mjuka och blöta som mänskliga vävnader, " säger Gong. "Vi är glada över att visa hur hydrogeler kan efterlikna några av minnesfunktionerna i hjärnvävnad."

I den här studien, forskarna placerade en tunn hydrogel mellan två plastplattor; toppplattan hade en form eller bokstäver utskurna, lämnar endast det området av hydrogelen exponerat. Till exempel, mönster inkluderade ett flygplan och ordet "GEL." De placerade initialt gelén i ett kallvattenbad för att upprätta jämvikt. Sedan flyttade de gelén till ett varmt bad. Gelen absorberade vatten i sin struktur och orsakade en svällning, men bara i det utsatta området. Detta präglade mönstret, som är som en bit information, på gelén. När gelén flyttades tillbaka till kallvattenbadet, det exponerade området blev ogenomskinligt, göra den lagrade informationen synlig, på grund av vad de kallar "strukturfrustration". Vid den kalla temperaturen, hydrogelen krympte gradvis, släpper ut vattnet den hade absorberat. Mönstret bleknade långsamt. Ju längre gelén fick ligga i det varma vattnet, ju mörkare eller intensivare avtrycket skulle vara, och därför ju längre tid det tog att blekna eller "glömma" informationen. Teamet visade också att hetare temperaturer förstärkte minnena.

"Detta liknar människor, " säger Cui. "Ju längre tid du spenderar på att lära dig något eller desto starkare blir känslomässiga stimuli, ju längre tid det tar att glömma det."

Teamet visade att minnet som etablerats i hydrogelen är stabilt mot temperaturfluktuationer och stora fysiska sträckningar. Mer intressant, Glömningsprocesserna kan programmeras genom att ställa in den termiska inlärningstiden eller temperaturen. Till exempel, när de tillämpade olika inlärningstider på varje bokstav i "GEL, " bokstäverna försvann i tur och ordning.

Teamet använde en hydrogel som innehåller material som kallas polyamfolyter eller PA-geler. Beteendet att memorera-glömma uppnås baserat på snabbt vattenupptag och långsamt vattenutsläpp, vilket möjliggörs av dynamiska bindningar i hydrogelerna. "Det här tillvägagångssättet borde fungera för en mängd olika hydrogeler med fysiska bindningar, säger Gong.

"Hydrogelens hjärnliknande minnessystem skulle kunna utforskas för vissa tillämpningar, som försvinnande meddelanden för säkerhet, " tillade Cui.