ایجاد ماده کوانتومی جدیدی که به‌عنوان هشداردهنده در مغز عمل می‌کند

چه خواهد شد اگر مغز بتواند بیماری خود را تشخیص دهد؟ پژوهشگران درحال تلاش برای تولید ماده‌ای بوده‌اند که همانند مغز فکر کند و نسبت‌به نشانه‌های اولیه‌ی بیماری‌های عصبی نظیر پارکینسون حساسیت بیشتری داشته باشد. البته موضوع «فکر کردن» مسیری طولانی خواهد بود؛ اما پژوهشگران دانشگاه پوردو و آزمایشگاه ملی آرگون ماده‌ی جدیدی را مهندسی کرده‌اند که حداقل قادر به «شنیدن» است.

زبان میانجی این مکالمه، جریان‌های یونی هستند که به مغز کمک می‌کنند واکنش خاصی بروز دهد که برای عملکردی اساسی نظیر ارسال سیگنال برای تنفس لازم است. تشخیص یون‌ها به‌معنای تشخیص غلظت ملکولی است که شاخصی از سلامتی مغز نیز به‌شمار می‌رود.

کوانتوم به این معنا است که آن ماده دارای خصوصیات الکترونیکی بوده و نمی‌تواند به‌وسیله‌ی فیزیک کلاسیک توضیح داده شود. این ویژگی‌ها همچنین موجب برتری خاص این مواد بر دیگر مواد مورد استفاده در الکترونیک نظیر سیلیکون می‌شود. در این مورد، خصوصیت منحصر‌به‌فرد ماده‌ی کوانتومی، الکترون‌های هم‌بسته‌ای هستند که موجب می‌شوند این ماده بی‌نهایت حساس و قابل‌تنظیم شود. هدف پژوهشگران این است که شکاف بین نحوه‌ی تفکر الکترونیک (که ازطریق الکترون‌ها انجام می‌شود) و نحوه‌ی تفکر مغز (که ازطریق یون‌ها انجام می‌شود)، برداشته شود. های‌تیان ژانگ، نویسنده‌ی اصلی این مقاله می‌گوید:

این ماده به ما کمک کرد تا پل بالقوه‌ای برای این کار پیدا کنیم.

پژوهشگران می‌گویند این مواد در بلندمدت ممکن است حتی توانایی دانلود را نیز به مغز افراد هدیه دهند. شریرام راماناتان، استاد مهندسی مواد که آزمایشگاه او متخصص توسعه‌ی فناوری‌های الهام‌گرفته از مغز است، می‌گوید:

تصور کنید که یک دستگاه الکترونیکی را در مغز قرار دهید، به‌صورتی که وقتی عملکرد طبیعی مغز رو به زوال برود، فرد باز هم بتواند خاطرات خود را از آن دستگاه بازیابی کند. ما می‌توانیم با اطمینان بگوییم که این ماده مسیری رو به‌سوی ساخت یک دستگاه محاسباتی است که خاطرات را ذخیره و منتقل خواهد داد.

پژوهشگران ماده‌ی کوانتومی روی دو مولکول زیستی آزمایش کردند: گلوکز، ماده‌ی قندی ضروری برای تولید انرژی و دوپامین، پیام‌رسان شیمیایی که موجب تنظیم حرکت، واکنش‌های عاطفی و حافظه می‌شود. از آنجایی که معمولا سطوح دوپامین در مغز پایین است و در مغز افراد مبتلا به پارکینسون کم‌تر نیز می‌شود، با روش‌های کنونی تشخیص این ماده‌ی شیمیایی در مغز بسیار دشوار است. اما تشخیص زودهنگام سطوح دوپامین به‌معنای درمان سریع‌تر بیماری است. الکساندر چوبیکن، استاد علوم زیستی در مؤسسه‌ی پوردو می‌گوید:

میزان حساسیت به دوپامین در این ماده‌ی کوانتومی نسبت‌به روش‌هایی که ما در حال حاضر در مدل‌های حیوانی استفاده می‌کنیم، تقریبا ۹ برابر بیشتر است.

حساسیت بالای این ماده‌ی کوانتومی ناشی از تعامل قوی بین الکترون‌های همبسته‌ی آن است. چیزی که پژوهشگران در ابتدای کار متوجه آن شدند، این بود که وقتی این ماده در تماس با ملکول‌های گلوکز قرار می‌گیرد، اکسیدها به‌طور خود‌به‌خود هیدروژن را با کمک یک آنزیم از گلوکز می‌گیرند. همین اتفاق درمورد دوپامین آزادشده از برش مغز موش نیز رخ داد. گرایش بالا نسبت‌به هیدروژن به این ماده اجازه می‌دهد اتم‌ها را بدون نیاز به هیچ منبع نیرویی و به‌خودی‌خود بیرون بکشد. راماناتان گفت:

این حقیقت که این ماده برای بیرون کشیدن هیدروژن نیاز به منبع انرژی ندارد، به این معنا است که می‌تواند الکترونیکی با انرژی کم و حساسیت بالا ایجاد کند. این ماده همچنین می‌تواند برای اکتشاف محیط‌های ناشناخته نیز استفاده شود.

پژوهشگران همچنین می‌گویند این ماده علاوه‌بر گلوکز و دوپامین می‌تواند اتم‌های طیفی از ملکول‌ها را حس کند. مرحله‌ی بعد این پژوهش، ایجاد روشی است که این ماده بتواند ازطریق آن با مغز تعامل برقرار کند.