Skaitmeninės technologijos yra šiek tiek artimesnės biologijai, DNR ir smegenims

Elonas Muskas tikina, kad artimiausiu metu žmonės galės sukurti visavertę smegenų ir kompiuterio sąsają. Tuo tarpu karts nuo karto girdime apie jo eksperimentus su gyvūnais, pirmiausia su kiaulėmis, o pastaruoju metu ir su beždžionėmis. Mintis, kad Muskas pasieks savo norą ir galės įsodinti į žmogaus galvą ryšio terminalą, vienus žavi, kitus gąsdina.

Jis ne tik dirba prie naujo muskusas. JK, Šveicarijos, Vokietijos ir Italijos mokslininkai neseniai paskelbė apjungusio projekto rezultatus dirbtiniai neuronai su natūraliais (vienas). Visa tai daroma per internetą, kuris leidžia biologiniams ir „silicio“ neuronams bendrauti tarpusavyje. Eksperimentas apėmė augančius žiurkių neuronus, kurie vėliau buvo naudojami signalams perduoti. Grupės lyderis Stefano Vassanelli pranešė, kad mokslininkams pirmą kartą pavyko parodyti, kad dirbtiniai neuronai, patalpinti ant lusto, gali būti tiesiogiai sujungti su biologiniais.

Tyrėjai nori pasinaudoti dirbtiniai neuroniniai tinklai atkurti tinkamą pažeistų smegenų sričių funkcionavimą. Įsodinti į specialų implantą neuronai veiks kaip savotiškas protezas, kuris prisitaikys prie natūralių smegenų sąlygų. Daugiau apie patį projektą galite perskaityti straipsnyje „Scientific Reports“.

„Facebook“ nori patekti į jūsų smegenis

Tie, kurie bijo tokių naujų technologijų, gali būti teisūs, ypač kai išgirstame, kad, pavyzdžiui, norėtume pasirinkti savo smegenų „turinį“. 2019 m. spalį Facebook remiamo tyrimų centro Chan Zuckerberg BioHub surengtame renginyje jis kalbėjo apie viltis sukurti smegenimis valdomus delninius įrenginius, kurie pakeis pelę ir klaviatūrą. „Tikslas yra turėti galimybę valdyti objektus virtualioje arba papildytoje realybėje savo mintimis“, – sakė Zuckerbergas, kurį cituoja CNBC. „Facebook“ už beveik milijardą dolerių nusipirko CTRL-labs – startuolį, kuris kuria smegenų ir kompiuterio sąsajos sistemas.

Apie darbą su smegenų ir kompiuterio sąsaja pirmą kartą buvo pranešta Facebook F8 konferencijoje 2017 m. Pagal ilgalaikį bendrovės planą, vieną dieną neinvaziniai nešiojami prietaisai leis vartotojams rašyk žodžius tiesiog juos galvodamas. Tačiau tokios technologijos dar labai ankstyvoje stadijoje, juolab kad kalbame apie liečiamas, neinvazines sąsajas. „Jų gebėjimas tai, kas vyksta smegenyse, paversti motorine veikla yra ribotas. Norint gauti puikių galimybių, reikia kažką implantuoti“, – minėtame susitikime sakė M. Zuckerbergas.

Ar žmonės leis sau „įdiegti ką nors“, kad galėtų susisiekti su žmonėmis, žinomais dėl savo nežaboto apetito asmeninius duomenis iš facebook? (2) Galbūt tokių žmonių bus rasta, ypač kai jis jiems pasiūlys straipsnių iškarpas, kurių jie nenori skaityti. 2020 m. gruodį „Facebook“ pranešė darbuotojams, kad kuria įrankį informacijai apibendrinti, kad vartotojams nereikėtų jos skaityti. Tame pačiame susitikime jis pristatė tolesnius planus dėl neuroninio jutiklio, kuris aptiktų žmogaus mintis ir paverstų jas veiksmais svetainėje.

2. „Facebook“ smegenys ir sąsajos

Iš ko pagaminti smegenims efektyvūs kompiuteriai?

Šie projektai nėra vienintelės pastangos sukurti. Vien šių pasaulių ryšys nėra vienintelis siekiamas tikslas. Yra, pavyzdžiui. neuromorfinė inžinerija, tendencija, kuria siekiama atkurti mašinų galimybes žmogaus smegenys, pavyzdžiui, energijos vartojimo efektyvumo požiūriu.

Prognozuojama, kad iki 2040 m. pasauliniai energijos ištekliai negalės patenkinti mūsų skaičiavimo poreikių, jei laikysimės silicio technologijų. Todėl skubiai reikia kurti naujas sistemas, kurios galėtų greičiau apdoroti duomenis ir, svarbiausia, efektyviau naudoti energiją. Mokslininkai jau seniai žinojo, kad mimikos metodai gali būti vienas iš būdų pasiekti šį tikslą. žmogaus smegenys.

W silicio kompiuteriai skirtingas funkcijas atlieka skirtingi fiziniai objektai, o tai padidina apdorojimo laiką ir sukelia didžiulius šilumos nuostolius. Priešingai, smegenų neuronai gali vienu metu siųsti ir gauti informaciją didžiuliu tinklu, kurio įtampa yra dešimt kartų didesnė nei mūsų pažangiausių kompiuterių.

Pagrindinis smegenų pranašumas, palyginti su silicio kolegomis, yra galimybė lygiagrečiai apdoroti duomenis. Kiekvienas iš neuronų yra prijungtas prie tūkstančių kitų, ir visi jie gali veikti kaip duomenų įvestis ir išvestis. Kad galėtume saugoti ir apdoroti informaciją, kaip ir mes, būtina sukurti fizines medžiagas, kurios galėtų greitai ir sklandžiai pereiti iš laidumo būsenos į nenuspėjamumo būseną, kaip tai daroma neuronų atveju. 

Prieš kelis mėnesius žurnale „Matter“ buvo paskelbtas straipsnis apie tokių savybių turinčios medžiagos tyrimą. Teksaso A&M universiteto mokslininkai sukūrė nanolaidelius iš junginio simbolio β'-CuXV2O5, kurie parodo gebėjimą svyruoti tarp laidumo būsenų, reaguojant į temperatūros, įtampos ir srovės pokyčius.

Atidžiau ištyrus buvo nustatyta, kad šis gebėjimas atsirado dėl vario jonų judėjimo per β'-CuxV2O5, kuris sukelia elektronų judėjimas ir keičia medžiagos laidžiąsias savybes. Norint kontroliuoti šį reiškinį, β'-CuxV2O5 generuojamas elektrinis impulsas, labai panašus į tą, kuris atsiranda, kai biologiniai neuronai siunčia signalus vienas kitam. Mūsų smegenys funkcionuoja šaudydamos tam tikrus neuronus svarbiausiu laiku unikalia seka. Neuroninių įvykių seka lemia informacijos apdorojimą, nesvarbu, ar tai būtų prisiminimas, ar fizinė veikla. Schema su β'-CuxV2O5 veiks taip pat.

Kietasis diskas DNR

Kita mokslinių tyrimų sritis yra biologijos tyrimai. duomenų saugojimo būdai. Viena iš idėjų, kurią taip pat daug kartų aprašėme MT, yra tokia. duomenų saugojimas DNR, laikomas perspektyvia, itin kompaktiška ir stabilia laikmena (3). Be kita ko, yra sprendimų, leidžiančių saugoti duomenis gyvų ląstelių genomuose.

Apskaičiuota, kad iki 2025 m. visame pasaulyje kasdien bus pagaminama beveik penki šimtai eksabaitų duomenų. Laikyti juos greitai gali tapti nepraktiška naudoti. tradicinė silicio technologija. Informacijos tankis DNR gali būti milijonus kartų didesnis nei įprastų standžiųjų diskų. Apskaičiuota, kad viename grame DNR gali būti iki 215 milijonų gigabaitų. Jis taip pat yra labai stabilus, kai tinkamai laikomas. 2017 metais mokslininkai išskyrė visą prieš 700 XNUMX metų gyvenusios išnykusios arklių rūšies genomą, o pernai DNR buvo nuskaityta iš mamuto, gyvenusio prieš milijoną metų.

Pagrindinis sunkumas yra rasti būdą junginys skaitmeninis pasaulis i duomenis su biocheminiu genų pasauliu. Šiuo metu kalbama apie DNR sintezė laboratorijoje, ir nors išlaidos sparčiai mažėja, tai vis dar sudėtinga ir brangi užduotis. Susintetintos sekos turi būti kruopščiai saugomos in vitro, kol bus paruoštos pakartotiniam naudojimui arba gali būti įvestos į gyvas ląsteles naudojant CRISPR genų redagavimo technologiją.

Kolumbijos universiteto mokslininkai pademonstravo naują požiūrį, leidžiantį tiesioginį konversiją skaitmeniniai elektroniniai signalai į genetinius duomenis, saugomus gyvų ląstelių genomuose. „Įsivaizduokite mobiliuosius kietuosius diskus, kurie gali skaičiuoti ir fiziškai perkonfigūruoti realiuoju laiku“, – sakė Harrisas Wangas, vienas iš Singularity Hub komandos narių. „Manome, kad pirmasis žingsnis yra galimybė tiesiogiai koduoti dvejetainius duomenis į ląsteles, nereikalaujant in vitro DNR sintezės.

Darbas paremtas CRISPR pagrindu veikiančiu ląstelių įrašymo įrenginiu, kuris Wang anksčiau sukurta E. coli bakterijoms, kuri nustato tam tikrų DNR sekų buvimą ląstelės viduje ir įrašo šį signalą organizmo genome. Sistema turi DNR pagrindu veikiantį „jutiklio modulį“, kuris reaguoja į tam tikrus biologinius signalus. Wangas ir jo kolegos jutiklio modulį pritaikė darbui su kitos komandos sukurtu biojutikliu, kuris savo ruožtu reaguoja į elektros signalus. Galiausiai tai leido tyrėjams tiesioginis skaitmeninės informacijos kodavimas bakterijų genome. Duomenų kiekis, kurį gali saugoti viena ląstelė, yra gana mažas, tik trys bitai.

Taigi mokslininkai rado būdą, kaip vienu metu koduoti 24 skirtingas bakterijų populiacijas su skirtingais 3 bitų duomenimis, iš viso 72 bitus. Jie naudojo jį norėdami užkoduoti pranešimus „Sveikas pasaulis“. bakterijose. ir parodė, kad užsakę sukauptą populiaciją ir naudodami specialiai sukurtą klasifikatorių, jie gali perskaityti pranešimą 98 procentų tikslumu. 

Akivaizdu, kad 72 bitai yra toli nuo talpos. masinė saugykla modernūs kietieji diskai. Tačiau mokslininkai mano, kad sprendimas gali būti greitai pakeistas. Duomenų saugojimas ląstelėse tai, pasak mokslininkų, daug pigiau nei kiti metodai kodavimas genuosenes galite tiesiog auginti daugiau ląstelių, užuot atlikę sudėtingą dirbtinę DNR sintezę. Ląstelės taip pat turi natūralų gebėjimą apsaugoti DNR nuo aplinkos žalos. Jie tai įrodė pridėdami E. coli ląstelių į nesterilizuotą dirvą ir patikimai ištraukdami iš jų visą 52 bitų pranešimą, nustatydami su dirvožemiu susijusią mikrobų bendruomenę. Mokslininkai taip pat pradėjo kurti ląstelių DNR, kad jos galėtų atlikti logines ir atminties operacijas.

4. Transhumanistinio singuliarumo kaip kito evoliucijos etapo vizija

integracija Kompiuterių technikas i telekomunikacijos ji stipriai siejama su transhumanistinio „singuliarumo“ sąvokomis, kurias numatė ir kiti futuristai (4). Smegenų ir mašinų sąsajos, sintetiniai neuronai, genominių duomenų saugojimas – visa tai gali vystytis šia kryptimi. Yra tik viena problema – tai visi metodai ir eksperimentai pačioje ankstyvoje tyrimų stadijoje. Taigi tie, kurie bijo šios ateities, turėtų ilsėtis ramybėje, o žmogaus ir mašinos integracijos entuziastai turėtų atvėsti.