Digitálne technológie sú o niečo bližšie k biológii, DNA a mozgu

Elon Musk uisťuje, že v blízkej budúcnosti budú ľudia schopní vytvoriť plnohodnotné rozhranie mozog-počítač. Medzitým sa z času na čas dopočujeme o jeho pokusoch na zvieratách, najskôr na ošípaných a v poslednom čase aj na opiciach. Predstava, že si Musk príde na svoje a dokáže implantovať komunikačný terminál do hlavy človeka, niekoho fascinuje, iných desí.

Pracuje nielen na novom Pižmo. Vedci z Veľkej Británie, Švajčiarska, Nemecka a Talianska nedávno oznámili výsledky projektu, ktorý sa spojil umelé neuróny s prirodzenými (jeden). To všetko sa deje prostredníctvom internetu, ktorý umožňuje biologickým a „kremíkovým“ neurónom medzi sebou komunikovať. Experiment zahŕňal rast neurónov u potkanov, ktoré sa potom použili na signalizáciu. Vodca skupiny Stefano Vassanelli oznámili, že vedcom sa po prvý raz podarilo preukázať, že umelé neuróny umiestnené na čipe môžu byť priamo spojené s biologickými.

Výskumníci to chcú využiť umelé neurónové siete obnoviť správne fungovanie poškodených oblastí mozgu. Po implantácii do špeciálneho implantátu budú neuróny fungovať ako druh protézy, ktorá sa prispôsobí prirodzeným podmienkam mozgu. Viac o samotnom projekte si môžete prečítať v článku vo Scientific Reports.

Facebook sa chce dostať do vášho mozgu

Tí, ktorí sa takejto novej technológie boja, môžu mať pravdu, najmä keď počujeme, že by sme si napríklad chceli vybrať „obsah“ nášho mozgu. Na podujatí, ktoré v októbri 2019 zorganizovalo výskumné centrum Chan Zuckerberg BioHub podporované Facebookom, hovoril o nádeji na vreckové zariadenia ovládané mozgom, ktoré nahradia myš a klávesnicu. „Cieľom je byť schopný ovládať objekty vo virtuálnej alebo rozšírenej realite svojimi myšlienkami,“ povedal Zuckerberg, ktorého citovala CNBC. Facebook kúpil CTRL-labs, startup, ktorý vyvíja systémy rozhrania mozog-počítač, za takmer miliardu dolárov.

Práca na rozhraní mozog-počítač bola prvýkrát oznámená na konferencii Facebook F8 v roku 2017. Podľa dlhodobého plánu spoločnosti to jedného dňa používateľom umožnia neinvazívne nositeľné zariadenia píšte slová len tak, že ich premýšľate. Tento druh technológie je však stále vo veľmi ranom štádiu, najmä preto, že hovoríme o dotykových, neinvazívnych rozhraniach. „Ich schopnosť previesť to, čo sa deje v mozgu, do motorickej aktivity je obmedzená. Pre veľké príležitosti je potrebné niečo implantovať,“ povedal Zuckerberg na spomínanom stretnutí.

Dovolia si ľudia „implantovať niečo“, aby sa spojili s ľuďmi známymi svojou neskrotnou chuťou súkromné ​​údaje z facebooku? (2) Snáď sa takí ľudia nájdu, najmä keď im ponúkne zostrihy článkov, ktoré nechcú čítať. V decembri 2020 Facebook zamestnancom povedal, že pracuje na nástroji na zhrnutie informácií, aby ich používatelia nemuseli čítať. Na tom istom stretnutí predstavil na webovej stránke ďalšie plány neurálneho senzora na zisťovanie ľudských myšlienok a ich prevod do akcií.

2. Mozog a rozhrania Facebooku

Z čoho sú vyrobené mozgovo efektívne počítače?

Tieto projekty nie sú jediné snahy, ktoré treba vytvoriť. Samotné prepojenie týchto svetov nie je jediným sledovaným cieľom. Existujú napr. neuromorfné inžinierstvo, trend zameraný na obnovenie schopností strojov ľudský mozog, napríklad z hľadiska jeho energetickej účinnosti.

Predpokladá sa, že do roku 2040 nebudú globálne energetické zdroje schopné pokryť naše počítačové potreby, ak sa budeme držať kremíkových technológií. Preto je naliehavo potrebné vyvinúť nové systémy, ktoré dokážu spracovávať dáta rýchlejšie a hlavne energeticky efektívnejšie. Vedci už dlho vedia, že mimické techniky môžu byť jedným zo spôsobov, ako tento cieľ dosiahnuť. ľudský mozog.

W kremíkové počítače rôzne fyzikálne objekty vykonávajú rôzne funkcie, čo zvyšuje čas spracovania a spôsobuje obrovské tepelné straty. Naproti tomu neuróny v mozgu môžu súčasne odosielať a prijímať informácie cez rozsiahlu sieť pri desaťnásobku napätia našich najmodernejších počítačov.

Hlavnou výhodou mozgu oproti jeho kremíkovým náprotivkom je jeho schopnosť spracovávať dáta paralelne. Každý z neurónov je spojený s tisíckami ďalších a všetky môžu fungovať ako vstupy a výstupy pre dáta. Aby sme mohli uchovávať a spracovávať informácie, ako to robíme my, je potrebné vyvinúť fyzikálne materiály, ktoré dokážu rýchlo a hladko prejsť zo stavu vedenia do stavu nepredvídateľnosti, ako je to v prípade neurónov. 

Pred pár mesiacmi vyšiel v časopise Matter článok o štúdiu materiálu s takýmito vlastnosťami. Vedci z Texas A&M University vytvorili nanodrôty zo symbolu zlúčeniny β'-CuXV2O5, ktoré demonštrujú schopnosť oscilovať medzi stavmi vedenia v reakcii na zmeny teploty, napätia a prúdu.

Pri bližšom skúmaní sa zistilo, že táto schopnosť je spôsobená pohybom iónov medi v celom β'-CuxV2O5, čo spôsobuje pohyb elektrónov a mení vodivé vlastnosti materiálu. Na kontrolu tohto javu sa v β'-CuxV2O5 generuje elektrický impulz, veľmi podobný tomu, ktorý nastáva, keď si biologické neuróny navzájom posielajú signály. Náš mozog funguje tak, že spúšťa určité neuróny v kľúčových časoch v jedinečnej sekvencii. Postupnosť nervových udalostí vedie k spracovaniu informácií, či už ide o vyvolanie spomienok alebo vykonávanie fyzickej aktivity. Schéma s β'-CuxV2O5 bude fungovať rovnakým spôsobom.

Pevný disk v DNA

Ďalšou oblasťou výskumu je výskum založený na biológii. spôsoby ukladania údajov. Jedna z myšlienok, ktorú sme aj v MT neraz opísali, je nasledovná. ukladanie údajov v DNA, sa považuje za perspektívne, mimoriadne kompaktné a stabilné pamäťové médium (3). Okrem iných existujú riešenia, ktoré umožňujú ukladanie údajov v genómoch živých buniek.

Odhaduje sa, že do roku 2025 bude každý deň celosvetovo vyprodukovaných takmer päťsto exabajtov údajov. Ich skladovanie sa môže rýchlo stať nepraktickým. tradičnou kremíkovou technológiou. Informačná hustota v DNA je potenciálne miliónkrát vyššia ako hustota konvenčných pevných diskov. Odhaduje sa, že jeden gram DNA môže obsahovať až 215 miliónov gigabajtov. Pri správnom skladovaní je tiež veľmi stabilný. V roku 2017 vedci extrahovali kompletný genóm vyhynutého druhu koňa, ktorý žil pred 700 XNUMX rokmi, a minulý rok bola prečítaná DNA z mamuta, ktorý žil pred miliónom rokov.

Hlavným problémom je nájsť cestu zlúčenina digitálny svet i údaje s biochemickým svetom génov. V súčasnosti ide o syntéza DNA v laboratóriu, a hoci náklady rýchlo klesajú, stále je to náročná a nákladná úloha. Po syntetizácii musia byť sekvencie starostlivo uložené in vitro, kým nie sú pripravené na opätovné použitie alebo sa môžu zaviesť do živých buniek pomocou technológie úpravy génov CRISPR.

Vedci z Kolumbijskej univerzity preukázali nový prístup, ktorý umožňuje priamu konverziu digitálne elektronické signály do genetických údajov uložených v genómoch živých buniek. „Predstavte si mobilné pevné disky, ktoré dokážu počítať a fyzicky rekonfigurovať v reálnom čase,“ povedal Harris Wang, jeden z členov tímu Singularity Hub. "Veríme, že prvým krokom je schopnosť priamo zakódovať binárne údaje do buniek bez potreby syntézy DNA in vitro."

Práca je založená na bunkovom záznamníku na báze CRISPR, ktorý Van predtým vyvinutý pre baktérie E. coli, ktorý zisťuje prítomnosť určitých sekvencií DNA vo vnútri bunky a zaznamenáva tento signál do genómu organizmu. Systém má „senzorový modul“ založený na DNA, ktorý reaguje na určité biologické signály. Wang a jeho kolegovia prispôsobili senzorový modul na prácu s biosenzorom vyvinutým iným tímom, ktorý zase reaguje na elektrické signály. Nakoniec to výskumníkom umožnilo priame kódovanie digitálnych informácií v bakteriálnom genóme. Množstvo dát, ktoré môže jedna bunka uložiť, je pomerne malé, iba tri bity.

Vedci teda našli spôsob, ako zakódovať 24 odlišných bakteriálnych populácií súčasne s rôznymi 3-bitovými údajmi, celkovo 72 bitov. Používali ho na zakódovanie správ „Ahoj svet!“. v baktériách. a ukázali, že usporiadaním združenej populácie a použitím špeciálne navrhnutého klasifikátora dokázali prečítať správu s presnosťou 98 percent. 

Je zrejmé, že 72 bitov je ďaleko od kapacity. velke ulozisko moderné pevné disky. Vedci sa však domnievajú, že riešenie sa dá rýchlo škálovať. Ukladanie údajov do buniek je to podľa vedcov oveľa lacnejšie ako iné metódy kódovanie v génochpretože namiesto komplikovanej umelej syntézy DNA môžete jednoducho pestovať viac buniek. Bunky majú tiež prirodzenú schopnosť chrániť DNA pred poškodením vplyvom prostredia. Dokázali to pridaním buniek E. coli do nesterilizovanej pôdy v kvetináči a potom z nich spoľahlivo extrahovali celú 52-bitovú správu sekvenovaním mikrobiálnej komunity spojenej s pôdou. Vedci tiež začali navrhovať DNA buniek tak, aby mohli vykonávať logické a pamäťové operácie.

4. Vízia transhumanistickej singularity ako ďalšieho štádia evolúcie

integrácia počítačový technik i telekomunikácie je silne spojená s predstavami o transhumanistickej „singularite“, ktorú predpovedali aj iní futuristi (4). Rozhrania mozog-stroj, syntetické neuróny, ukladanie genómových dát – to všetko sa môže rozvíjať týmto smerom. Je tu len jeden problém – to sú všetky metódy a experimenty vo veľmi ranom štádiu výskumu. Takže tí, ktorí sa obávajú tejto budúcnosti, by mali odpočívať v pokoji a nadšenci integrácie človek-stroj by mali vychladnúť.