Descubren un cristal cuántico capaz de olvidar como lo hace el cerebro

La memoria es una función del cerebro que permite al organismo codificar, almacenar y recuperar la información del pasado. El olvido es una acción involuntaria que consiste en dejar de recordar, o de guardar en la memoria, información adquirida.

Ambas funciones cerebrales son fundamentales para la vida, ya que el cerebro puede funcionar bien no sólo porque es capaz de recordar, sino también de olvidar, una acción que tiene que ver con el debilitamiento de ciertas conexiones sinápticas (entre neuronas).

Ahora, los científicos han descubierto por primera vez que en la naturaleza existe un material que también es capaz de olvidar de la misma forma que lo hace el cerebro. El descubrimiento se ha producido en un cristal cuántico llamado perovskita cuántica. "Es difícil crear un material no vivo que muestre un patrón que se asemeje a un tipo de olvido, pero el material específico con el que trabajamos puede imitar ese tipo de comportamiento", explica su descubridor, Subramanian Sankaranarayanan, en un comunicado.

Inspirados en el olvido humano -cómo nuestro cerebro descarta datos innecesarios para dar cabida a nueva información-, científicos del Laboratorio Nacional Argonne, del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), en colaboración con el Laboratorio Nacional Brookhaven y de tres universidades, realizaron un estudio que combinó simulación cuántica mediante un superordenador y caracterización de rayos X de un material que "olvida" gradualmente.

La perovskita cuántica ofrece a los investigadores un modelo no biológico más simple de lo que podría parecer el "olvido" en un nivel electrónico. Muestra una respuesta adaptativa cuando los protones se insertan y eliminan repetidamente que se asemeja a la desensibilización del cerebro a un estímulo recurrente.

Efecto fascinante

La perovskita parece "adaptarse" o "habituarse" cuando los científicos juguetean con sus protones. "Cuando los científicos agregan o eliminan un protón de la retícula de perovskita, la estructura atómica del material se expande o contrae de forma espectacular para adaptarse a un proceso llamado 'respiración reticular'", explica Badri Narayanan, otro miembro del equipo de investigación.

Sin embargo, a medida que se repite este proceso, la perovskita cambia sus propiedades para acomodarse a su entorno inusual, hasta que eventualmente parece "olvidar" que las cosas fueron alguna vez diferentes. Se trata de  un efecto fascinante en el nivel cuántico que representa el primer mecanismo conocido fuera de un cerebro biológico que puede imitar tan de cerca el olvido neurológico.

A medida que el material responde a los protones que los científicos agregan y restan, su capacidad para resistir una corriente eléctrica puede verse gravemente afectada. Este comportamiento permite que el material sea programado efectivamente, como un ordenador, mediante el dopaje de protones. Esencialmente, un científico podría insertar o eliminar protones para controlar si la perovskita permitiría o no una corriente.

El proceso podría ser utilizado para crear inteligencia artificial más avanzada, para dotar a las máquinas del tipo de flexibilidad y complejidad que vemos en nuestros cerebros, pero que es difícil de duplicar en otros materiales naturales. La investigación también puede ayudar a los científicos a comprender mejor cómo estos mecanismos podrían funcionar dentro de los cerebros biológicos.

Referencia

Habituation based synaptic plasticity and organismic learning in a quantum perovskite. Nature Communications 8, Article number: 240 (2017). doi:10.1038/s41467-017-00248-6