Onderzoekers van de Universiteit van Hokkaido hebben een zacht en nat materiaal gevonden dat kan onthouden, uittreden, en vergeet informatie, net als het menselijk brein. Ze rapporteren hun bevindingen in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ).

Het menselijk brein leert dingen, maar heeft de neiging ze te vergeten wanneer de informatie niet langer belangrijk is. Het opnieuw creëren van dit dynamische geheugenproces in door de mens gemaakte materialen was een uitdaging. Onderzoekers van de Hokkaido University rapporteren nu een hydrogel die de dynamische geheugenfunctie van de hersenen nabootst:informatie coderen die met de tijd vervaagt, afhankelijk van de geheugenintensiteit.

Hydrogels zijn flexibele materialen die zijn samengesteld uit een groot percentage water - in dit geval ongeveer 45% - samen met andere chemicaliën die een steigerachtige structuur bieden om het water vast te houden. Professor Jian Ping Gong, Assistent-professor Kunpeng Cui en hun studenten en collega's van het Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) van Hokkaido University proberen hydrogels te ontwikkelen die biologische functies kunnen dienen.

"Hydrogels zijn uitstekende kandidaten om biologische functies na te bootsen, omdat ze zacht en nat zijn zoals menselijke weefsels, " zegt Gong. "We zijn verheugd om aan te tonen hoe hydrogels sommige geheugenfuncties van hersenweefsel kunnen nabootsen."

In dit onderzoek, de onderzoekers plaatsten een dunne hydrogel tussen twee plastic platen; de bovenplaat had een vorm of letters uitgesneden, waardoor alleen dat deel van de hydrogel wordt blootgesteld. Bijvoorbeeld, patronen omvatten een vliegtuig en het woord 'GEL'. Ze plaatsten de gel aanvankelijk in een koudwaterbad om het evenwicht te herstellen. Daarna brachten ze de gel naar een heet bad. De gel absorbeerde water in zijn structuur en veroorzaakte een zwelling, maar alleen in het blootgestelde gebied. Dit bedrukt het patroon, dat is als een stukje informatie, op de gel. Toen de gel terug naar het koudwaterbad werd verplaatst, het blootgestelde gebied werd ondoorzichtig, het zichtbaar maken van de opgeslagen informatie, vanwege wat ze 'structuurfrustratie' noemen. Bij de koude temperatuur, de hydrogel kromp geleidelijk, het water vrijgeven dat het had geabsorbeerd. Het patroon vervaagde langzaam. Hoe langer de gel in het hete water bleef, hoe donkerder of intenser de afdruk zou zijn, en dus hoe langer het duurde om de informatie te vervagen of te "vergeten". Het team toonde ook aan dat hogere temperaturen de herinneringen versterkten.

"Dit is vergelijkbaar met mensen, " zegt Cui. "Hoe langer je bezig bent met het leren van iets of hoe sterker de emotionele prikkels, hoe langer het duurt om het te vergeten."

Het team toonde aan dat het geheugen dat in de hydrogel is gevestigd, stabiel is tegen temperatuurschommelingen en grote fysieke rekken. interessanter, de vergeetprocessen kunnen worden geprogrammeerd door de thermische leertijd of temperatuur af te stemmen. Bijvoorbeeld, toen ze verschillende leertijden toepasten op elke letter van "GEL, ’ De letters verdwenen opeenvolgend.

Het team gebruikte een hydrogel die materialen bevat die polyamfolyten of PA-gels worden genoemd. Het onthouden-vergeetgedrag wordt bereikt op basis van snelle wateropname en langzame waterafgifte, die wordt mogelijk gemaakt door dynamische bindingen in de hydrogels. "Deze aanpak zou moeten werken voor een verscheidenheid aan hydrogels met fysieke bindingen, "zegt Gong.

"Het hersenachtige geheugensysteem van de hydrogel zou voor sommige toepassingen kunnen worden onderzocht, zoals verdwijnende berichten voor de veiligheid, ' voegde Cui eraan toe.