Technologia cyfrowa jest trochę bliżej biologii, DNA i mózgu

Elon Musk zapewnia, że ​​w niedalekiej przyszłości ludzie będą mogli stworzyć pełnoprawny interfejs mózg-komputer. Tymczasem od czasu do czasu słyszymy o jego eksperymentach na zwierzętach, najpierw na świniach, a ostatnio na małpach. Pomysł, że Musk postawi na swoim i będzie w stanie wszczepić komuś w głowę terminal komunikacyjny, fascynuje jednych, innych przeraża.

Nie tylko pracuje nad nowym piżmo. Naukowcy z Wielkiej Brytanii, Szwajcarii, Niemiec i Włoch ogłosili niedawno wyniki wspólnego projektu sztuczne neurony z naturalnym (jeden). Wszystko to odbywa się za pośrednictwem Internetu, który umożliwia komunikowanie się ze sobą neuronów biologicznych i „krzemowych”. Eksperyment obejmował wzrost neuronów u szczurów, które następnie były wykorzystywane do sygnalizacji. Lider grupy Stefano Vassanelli poinformował, że naukowcom po raz pierwszy udało się wykazać, że sztuczne neurony umieszczone na chipie mogą być bezpośrednio połączone z biologicznymi.

Naukowcy chcą skorzystać sztuczne sieci neuronowe przywrócić prawidłowe funkcjonowanie uszkodzonych obszarów mózgu. Po włożeniu do specjalnego implantu neurony będą działać jak swego rodzaju proteza, która dostosuje się do naturalnych warunków mózgu. Więcej o samym projekcie można przeczytać w artykule w Scientific Reports.

Facebook chce dostać się do twojego mózgu

Ci, którzy boją się takiej nowej technologii, mogą mieć rację, zwłaszcza gdy słyszymy, że np. chcielibyśmy wybrać „zawartość” naszego mózgu. Podczas wydarzenia zorganizowanego w październiku 2019 r. przez wspierane przez Facebook centrum badawcze Chan Zuckerberg BioHub mówił o nadziejach na sterowane mózgiem przenośne urządzenia, które zastąpiłyby mysz i klawiaturę. „Celem jest możliwość kontrolowania obiektów w wirtualnej lub rozszerzonej rzeczywistości za pomocą własnych myśli” – powiedział Zuckerberg, cytowany przez CNBC. Facebook kupił CTRL-labs, startup, który opracowuje systemy interfejsu mózg-komputer, za prawie miliard dolarów.

Prace nad interfejsem mózg-komputer zostały po raz pierwszy ogłoszone na konferencji Facebook F8 w 2017 roku. Zgodnie z długoterminowym planem firmy, jednodniowe nieinwazyjne urządzenia do noszenia pozwolą użytkownikom: pisz słowa tylko myśląc o nich. Ale tego rodzaju technologia jest wciąż na bardzo wczesnym etapie, zwłaszcza że mówimy o dotykowych, nieinwazyjnych interfejsach. „Ich zdolność do przekładania tego, co dzieje się w mózgu na aktywność ruchową, jest ograniczona. Aby uzyskać wielkie możliwości, trzeba coś wszczepić” – powiedział Zuckerberg na wspomnianym spotkaniu.

Czy ludzie pozwolą sobie „wszczepić coś”, aby połączyć się z ludźmi znanymi z nieokiełznanego apetytu na? prywatne dane z facebooka? (2) Być może takie osoby zostaną odnalezione, zwłaszcza gdy oferuje im fragmenty artykułów, których nie chcą czytać. W grudniu 2020 r. Facebook poinformował pracowników, że pracuje nad narzędziem do podsumowywania informacji, aby użytkownicy nie musieli ich czytać. Na tym samym spotkaniu przedstawił dalsze plany dotyczące czujnika neuronowego do wykrywania ludzkich myśli i przekładania ich na działania w serwisie.

2. Mózg i interfejsy Facebooka

Z czego zbudowane są wydajne mózgi komputery?

Te projekty to nie jedyne wysiłki, które mają powstać. Samo połączenie tych światów nie jest jedynym celem, do którego dążymy. Są na przykład. inżynieria neuromorficzna, trend mający na celu odtworzenie możliwości maszyn ludzki mózgna przykład pod względem efektywności energetycznej.

Przewiduje się, że do 2040 r. światowe zasoby energii nie będą w stanie zaspokoić naszych potrzeb obliczeniowych, jeśli będziemy trzymać się technologii krzemowych. Dlatego istnieje pilna potrzeba opracowania nowych systemów, które będą w stanie przetwarzać dane szybciej i, co najważniejsze, wydajniej energetycznie. Naukowcy od dawna wiedzą, że techniki mimikry mogą być jednym ze sposobów osiągnięcia tego celu. ludzki mózg.

W komputery krzemowe różne funkcje pełnią różne obiekty fizyczne, co wydłuża czas obróbki i powoduje ogromne straty ciepła. W przeciwieństwie do tego, neurony w mózgu mogą jednocześnie wysyłać i odbierać informacje przez rozległą sieć o napięciu dziesięciokrotnie wyższym niż nasze najbardziej zaawansowane komputery.

Główną przewagą mózgu nad jego krzemowymi odpowiednikami jest zdolność do równoległego przetwarzania danych. Każdy z neuronów jest połączony z tysiącami innych i wszystkie z nich mogą pełnić funkcję wejścia i wyjścia danych. Aby móc przechowywać i przetwarzać informacje, tak jak my, konieczne jest opracowanie materiałów fizycznych, które mogą szybko i płynnie przechodzić ze stanu przewodzenia w stan nieprzewidywalności, jak to ma miejsce w przypadku neuronów. 

Kilka miesięcy temu w czasopiśmie Matter ukazał się artykuł o badaniu materiału o takich właściwościach. Naukowcy z Texas A&M University stworzyli nanoprzewody ze złożonego symbolu β'-CuXV2O5, które wykazują zdolność do oscylowania między stanami przewodzenia w odpowiedzi na zmiany temperatury, napięcia i prądu.

Po bliższym zbadaniu stwierdzono, że zdolność ta wynika z ruchu jonów miedzi przez β'-CuxV2O5, co powoduje ruch elektronów i zmienia właściwości przewodzące materiału. Aby kontrolować to zjawisko, w β'-CuxV2O5 generowany jest impuls elektryczny, bardzo podobny do tego, który pojawia się, gdy biologiczne neurony wysyłają do siebie sygnały. Nasz mózg działa, uruchamiając określone neurony w kluczowych momentach w unikalnej sekwencji. Sekwencja zdarzeń neuronowych prowadzi do przetwarzania informacji, czy to przywoływania wspomnień, czy wykonywania czynności fizycznych. Schemat z β'-CuxV2O5 będzie działał w ten sam sposób.

Dysk twardy w DNA

Kolejnym obszarem badań są badania oparte na biologii. metody przechowywania danych. Jeden z pomysłów, który również wielokrotnie opisywaliśmy w MT, jest następujący. przechowywanie danych w DNA, jest uważany za obiecujący, niezwykle kompaktowy i stabilny nośnik danych (3). Istnieją między innymi rozwiązania umożliwiające przechowywanie danych w genomach żywych komórek.

Szacuje się, że do 2025 roku na całym świecie codziennie będzie produkowanych prawie pięćset eksabajtów danych. Przechowywanie ich może szybko stać się niepraktyczne w użyciu. tradycyjna technologia krzemowa. Gęstość informacji w DNA jest potencjalnie miliony razy większa niż w przypadku konwencjonalnych dysków twardych. Szacuje się, że jeden gram DNA może zawierać do 215 milionów gigabajtów. Jest również bardzo stabilny, gdy jest odpowiednio przechowywany. W 2017 roku naukowcy wyodrębnili pełny genom wymarłego gatunku konia, który żył 700 XNUMX lat temu, a w zeszłym roku odczytano DNA mamuta żyjącego milion lat temu.

Główną trudnością jest znalezienie sposobu mieszanka cyfrowy świat i dane z biochemicznym światem genów. Obecnie chodzi o Synteza DNA w laboratorium i chociaż koszty szybko spadają, nadal jest to trudne i kosztowne zadanie. Po zsyntetyzowaniu sekwencje muszą być starannie przechowywane in vitro, aż będą gotowe do ponownego użycia lub mogą być wprowadzone do żywych komórek przy użyciu technologii edycji genów CRISPR.

Naukowcy z Columbia University zademonstrowali nowe podejście, które umożliwia bezpośrednią konwersję cyfrowe sygnały elektroniczne do danych genetycznych przechowywanych w genomach żywych komórek. „Wyobraź sobie komórkowe dyski twarde, które mogą obliczać i fizycznie rekonfigurować w czasie rzeczywistym” — powiedział Harris Wang, jeden z członków zespołu Singularity Hub. „Wierzymy, że pierwszym krokiem jest możliwość bezpośredniego kodowania danych binarnych w komórkach bez potrzeby syntezy DNA in vitro”.

Praca oparta jest na rejestratorze komórkowym opartym na CRISPR, który: Van opracowany wcześniej dla bakterii E. coli, który wykrywa obecność pewnych sekwencji DNA wewnątrz komórki i zapisuje ten sygnał w genomie organizmu. System ma oparty na DNA „moduł czujnika”, który reaguje na określone sygnały biologiczne. Wang i jego koledzy przystosowali moduł czujnika do współpracy z biosensorem opracowanym przez inny zespół, który z kolei reaguje na sygnały elektryczne. Ostatecznie pozwoliło to naukowcom bezpośrednie kodowanie informacji cyfrowych w genomie bakterii. Ilość danych, które może przechowywać jedna komórka, jest dość mała, tylko trzy bity.

Dlatego naukowcy znaleźli sposób na jednoczesne zakodowanie 24 różnych populacji bakterii z różnymi 3-bitowymi fragmentami danych, łącznie 72 bity. Używali go do kodowania wiadomości „Witaj świecie!”. w bakteriach. i wykazali, że porządkując zebraną populację i używając specjalnie zaprojektowanego klasyfikatora, mogli odczytać wiadomość z 98-procentową dokładnością. 

Oczywiście 72 bity to daleko od pojemności. pamięć masowa nowoczesne dyski twarde. Naukowcy uważają jednak, że rozwiązanie można szybko przeskalować. Przechowywanie danych w komórkach według naukowców jest znacznie tańsza niż inne metody kodowanie w genachponieważ możesz po prostu wyhodować więcej komórek zamiast zajmować się złożoną sztuczną syntezą DNA. Komórki mają również naturalną zdolność do ochrony DNA przed uszkodzeniami środowiskowymi. Zademonstrowali to, dodając komórki E. coli do niesterylizowanej gleby doniczkowej, a następnie niezawodnie wydobywając z nich cały 52-bitowy komunikat poprzez sekwencjonowanie powiązanej społeczności drobnoustrojów gleby. Naukowcy zaczęli również projektować DNA komórek, aby mogły wykonywać operacje logiczne i pamięciowe.

4. Wizja transhumanistycznej osobliwości jako kolejnego etapu ewolucji”

integracja technik komputerowy i telekomunikacja jest silnie powiązany z pojęciami transhumanistycznej „osobliwości” przewidywanymi również przez innych futurystów (4). Interfejsy mózg-maszyna, syntetyczne neurony, przechowywanie danych genomowych – wszystko to może się rozwijać w tym kierunku. Jest tylko jeden problem – to wszystkie metody i eksperymenty na bardzo wczesnym etapie badań. Dlatego ci, którzy boją się tej przyszłości, powinni spoczywać w spokoju, a entuzjaści integracji człowiek-maszyna powinni ochłonąć.