Pesquisadores da Universidade de Purdue (EUA) criaram um biossensor quântico que é capaz de “escutar” as comunicações internas do cérebro e talvez recuperar informações de um cérebro danificado.
O biossensor aprende o que o cérebro está dizendo ao sistema nervoso através dos átomos dos neurônios envolvidos na liberação de neurotransmissores, que permitem a comunicação química entre os neurônios.
O cérebro realiza a comunicação entre os neurônios por meio de mensageiros químicos que enviam a informação a outros neurônios do sistema nervoso para organizar as reações orgânicas. Esses mensageiros químicos são liberados quando o impulso nervoso atinge os átomos (íons) de um neurônio, que são os que liberam os neurotransmissores.
Ao ter acesso aos átomos que são a base das mensagens cerebrais, esse biossensor é capaz de “pensar” como o cérebro faz. De acordo com os pesquisadores, poderia eventualmente interagir no futuro e talvez modificar o comportamento ou as reações cerebrais.
O biossensor é chamado quantum porque tem propriedades eletrônicas que não podem ser explicadas pela física clássica. Esta característica dá uma vantagem única em relação a outros materiais utilizados em eletrônica (tais como silício) não utiliza os eletrões do biossensor para a comunicação, mas os átomos (iões) de neurônios que o cérebro utiliza para comunicar com o sistema nervoso.
Linguagem iônica
O biossensor usado como pidgin (forma tácita de comunicação entre as pessoas que têm a mesma língua materna) a corrente iônica gerada no momento de empurrar neurotransmissores no espaço sináptico, onde a troca de informações ocorre entre os neurônios .
Por ter essa capacidade iônica, o cérebro pode detectar íons e, consequentemente, as concentrações de moléculas que revelam o estado de saúde de um organismo: é muito mais sensível aos sinais precoces de doenças neurológicas, como o mal de Parkinson.
A longo prazo, esse material pode até mesmo ter a capacidade de “baixar” as informações contidas no cérebro, dizem os pesquisadores. “Imagine que nós colocamos um dispositivo eletrônico no cérebro, de modo que quando as funções naturais do cérebro começam a se deteriorar, uma pessoa pode recuperar as memórias através desse dispositivo”, explica Shriram Ramanathan, um dos pesquisadores, em um comunicado.
“Podemos dizer com confiança que este material é uma maneira potencial de construir um dispositivo de computação que armazena e transfere memórias”, acrescenta.
Duas moléculas
Os pesquisadores testaram esse material com duas moléculas de neurotransmissores: glicose, um açúcar essencial para a produção de energia, e dopamina, um mensageiro químico que regula o movimento, as respostas emocionais e a memória.
Como as quantidades de dopamina são tipicamente baixas no cérebro, e ainda mais baixas para as pessoas com doença de Parkinson, a detecção desse produto químico tem sido notoriamente difícil. Mas a detecção precoce dos níveis de dopamina significaria um tratamento mais rápido da doença. E isso poderia ser alcançado por este biossensor quântico.
“Este material quântico é aproximadamente nove vezes mais sensível à dopamina do que os métodos que usamos atualmente em modelos animais”, acrescenta Alexander Chubykin, outro dos pesquisadores.
Sensibilidade eletrônica
O material quântico deve essa sensibilidade às interações fortes que ocorrem dentro de um sistema quântico através da correlação eletrônica (interação entre elétrons).
Os pesquisadores descobriram pela primeira vez que quando colocaram o biossensor quântico em contato com moléculas de glicose, capturaram espontaneamente hidrogênio da glicose através de uma enzima. O mesmo aconteceu com a dopamina liberada de uma parte do cérebro do rato.
Essa forte afinidade com o hidrogênio da glicose permite ao biossensor detectar os átomos indicadores de uma doença inicial. E o mais relevante: você pode alcançá-lo sem uma fonte adicional de energia.
“O fato de não termos fornecido energia ao biossensor quântico para detectar o hidrogênio significa que ele representa uma eletrônica de baixa potência com alta sensibilidade”, explica Ramanathan. “Isso também pode ser útil para investigar ambientes inexplorados.”
Os pesquisadores também dizem que esse material pode detectar átomos de uma gama maior de moléculas, além da glicose e da dopamina. O próximo passo é criar uma nova maneira do biossensor “responder” ao cérebro e, talvez, influenciar seu comportamento.
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