Resumo: Um novo estudo demonstra que suspensões não brownianas podem formar, reter e substituir múltiplas memórias microscópicas simultaneamente, oferecendo paralelos físicos com a dinâmica da memória cognitiva na neurociência.
Os pesquisadores investigaram suspensões de grandes partículas suspensas em fluido viscoso. A equipe descobriu que a memória direcional (impressa pela agitação) e a memória de amplitude (impressa pelo balanço) podem coexistir dentro da mesma estrutura material.
No entanto, aumentar a intensidade do balanço cria encontros de partículas que apagam sistematicamente a memória direcional anterior, espelhando a forma como as memórias biológicas de curto e longo prazo interagem, competem e se remodelam.
Principais fatos
- Mecânica de suspensão não browniana: O fluido experimental contém grandes partículas suspensas intocadas pelo movimento browniano térmico, garantindo que rearranjos estruturais microscópicos ocorram exclusivamente devido ao cisalhamento mecânico aplicado (agitação ou balanço).
- Coexistência de Memórias Duplas: A equipe de pesquisa confirmou que uma única amostra de material pode conter simultaneamente uma memória direcional (da agitação rotacional inicial) e uma memória de amplitude (da oscilação periódica).
- Apagamento de memória dependente de intensidade: Sob baixas amplitudes de balanço, a memória direcional permanece intacta. À medida que a intensidade do balanço ultrapassa um limite específico, colisões frequentes de partículas perturbam a estrutura microscópica, apagando a memória direcional e restaurando a simetria estrutural.
- Escrevendo uma nova direcionalidade estrutural: Além do limite de apagamento, o balanço de alta intensidade sobrescreve as configurações anteriores, escrevendo uma nova memória direcional alinhada com a nova força mecânica.
- Aplicações interdisciplinares: As descobertas oferecem estruturas físicas para a compreensão da consolidação da memória cognitiva na neurociência, bem como histórias de estresse geomecânico em empacotamentos rochosos que influenciam a dinâmica dos terremotos e a formação de sumidouros.
Fonte: Estado da Pensilvânia
Animais e dispositivos eletrônicos não são as únicas coisas com memória. Os materiais podem reter memórias de deformações passadas em sua estrutura microscópica. Um exemplo comum é um vinco em uma folha de papel que foi dobrada e depois desdobrada.
A compreensão desse tipo de memória pode beneficiar o projeto de materiais que respondam às mudanças em seu ambiente de maneira previsível. Também pode ser uma fonte de ideias sobre os vários tipos de memória estudados pelos neurocientistas, incluindo como as memórias de curto e longo prazo interagem e influenciam umas às outras.
Agora, pesquisadores da Penn State mostraram que dois tipos diferentes de memória material podem coexistir em uma simples mistura de pequenas partículas suspensas em um líquido viscoso. Tal como as memórias de longo e curto prazo, estas memórias materiais interagem e competem.
Um artigo descrevendo a pesquisa foi publicado recentemente e destacado como sugestão dos editores na revista Cartas de revisão física.
“Quando você salva um arquivo no seu computador, essa nova memória não influencia nenhum dos outros arquivos que já estão lá”, disse Surendra Padamata, estudante de graduação em física na Penn State Eberly College of Science e primeiro autor do artigo.
“Mas na neurociência, sabemos que, por exemplo, uma memória de longo prazo pode mudar ao longo do tempo, influenciada por novas memórias de curto prazo adquiridas nos anos seguintes. Por exemplo, um romance lido na adolescência pode parecer uma história simples. Relembrá-lo mais tarde na vida, após experiências pessoais que ecoam seus temas, pode revelar camadas de significado que passaram despercebidas na primeira vez. Fomos inspirados ao pensar sobre como as memórias interagem dessa maneira para ver se poderíamos encontrar uma situação análoga em um material.”
A equipe de pesquisa estuda a memória em suspensões não brownianas. Assim como o xarope de chocolate ou o concreto fresco, as suspensões não brownianas são compostas de partículas relativamente grandes em um líquido viscoso. As partículas são suficientemente grandes para que o seu movimento não seja influenciado pelo movimento browniano – o movimento aleatório de átomos termicamente energéticos – pelo que qualquer movimento das partículas seria devido ao seu desenho experimental.
Eles primeiro mostraram que sua suspensão conseguia lembrar a direção em que era agitada e, se fosse balançada para frente e para trás, a suspensão de partículas lembrava o quão vigorosamente foi balançada – a amplitude.
“Cada uma dessas memórias foi estudada isoladamente”, disse Padamata. “Então, em nossos novos experimentos, primeiro agitamos a mistura, imprimindo uma memória de direção, depois balançamos para frente e para trás em intensidades variadas para ver como as memórias interagem.”
A equipe descobriu que em intensidades de balanço mais baixas, a mistura retinha a memória da direção da agitação, além da memória da amplitude – as duas memórias podem, de fato, ocupar o mesmo material ao mesmo tempo. Mas à medida que o balanço se intensificava, a memória da direção enfraqueceu e acabou sendo apagada.
“Em um certo limite de intensidade, o balanço apagou completamente qualquer memória de direção na suspensão, retornando-a a um estado perfeitamente simétrico, mas além desse limite, o próprio balanço começa a escrever uma nova memória direcional”, disse Padamata.
“Estamos interessados em saber como este modelo pode informar a memória biológica e, potencialmente, também os processos geofísicos. Mudanças na temperatura e nas vibrações podem transmitir memórias nas rochas que influenciam o risco de terremotos e buracos, por exemplo. Poderia ser possível encontrar alguma maneira de apagar essas memórias e reduzir o risco ou criar melhores modelos preditivos.”
Os investigadores sugerem que a competição entre as memórias pode acontecer quando os encontros entre partículas se tornam demasiado numerosos – enquanto que para movimentos de balanço mais pequenos, estes encontros podem ser raros. No entanto, esse detalhe pode ser específico para partículas suspensas em líquido e depende da proporção entre partículas e líquido. Fenômenos de memória semelhantes foram observados em materiais sólidos, onde partículas vizinhas estão sempre em contato.
“Uma combinação semelhante de memória direcional e memória de amplitude aparece em vidros macios e embalagens granulares com físicas microscópicas muito diferentes”, disse Nathan Keim, professor associado de física na Penn State e líder da equipe de pesquisa. “Isso sugere que pode haver um princípio geral sobre como a matéria desordenada se comporta sob condições simples, como agitação ou balanço, e por que ela tem uma capacidade de memória limitada.”
Financiamento: O Programa Human Frontier Science financiou a pesquisa.
Principais perguntas respondidas:
UM: Uma suspensão não browniana é uma mistura onde as partículas em um líquido viscoso são grandes demais para serem movidas por energia térmica (movimento browniano). Como o ruído térmico não perturba o sistema, qualquer alteração no arranjo das partículas é causada inteiramente por forças mecânicas, tornando-o um modelo ideal para o estudo da memória estrutural.
UM: Quando a suspensão é agitada pela primeira vez, ela armazena uma memória direcional em seu arranjo microscópico de partículas. Quando subsequentemente balançado, ele pode reter a direção e a amplitude de balanço. No entanto, se o balanço se tornar muito intenso, as colisões frequentes entre as partículas apagam a memória direcional original e a substituem por uma nova.
UM: Ao contrário da memória do computador, onde os arquivos existem de forma independente, as memórias biológicas interagem, competem e modificam-se continuamente ao longo do tempo. Os pesquisadores da Penn State usaram esse conceito de neurociência para mostrar que os materiais físicos experimentam interferência de memória semelhante, onde novas experiências mecânicas alteram ou apagam estados estruturais estabelecidos.
Notas editoriais:
- Este artigo foi editado por um editor do Neuroscience News.
- Artigo de revista revisado na íntegra.
- Contexto adicional adicionado por nossa equipe.
Sobre estas notícias de pesquisa em neurotecnologia e memória
Autor: Sam Sholtis
Fonte: Estado da Pensilvânia
Contato: Sam Sholtis – Penn State
Imagem: A imagem é creditada ao Neuroscience News
Pesquisa Original: Acesso aberto.
“Memórias de amplitude e direção coexistem e competem em suspensões não-brownianas”Por Surendra Padamata e Nathan C. Keim. Cartas de revisão física
DOI:10.1103/ckl2-lcpl
Resumo
Memórias de amplitude e direção coexistem e competem em suspensões não-brownianas
O cisalhamento constante de uma suspensão não browniana forma uma memória de direção, enquanto o cisalhamento para frente e para trás forma uma memória de amplitude. Cada memória é evidente na resposta do sistema a cisalhamento adicional, exemplificando sua forte dependência histórica.
Ao combinar os experimentos estacionários e oscilatórios, mostramos que essas memórias são aspectos distintos, mas que se cruzam, da mesma física de não-equilíbrio: elas podem coexistir, mas uma amplitude específica suprime a memória direcional e torna o sistema simétrico.
Combinada com resultados anteriores de sólidos desordenados, nossa Carta apresenta um motivo simples para capacidade de memória limitada em matéria fora de equilíbrio.
