Digitehnoloogia on bioloogiale, DNA-le ja ajule veidi lähemal

Elon Musk kinnitab, et lähitulevikus on inimestel võimalik luua täisväärtuslik aju-arvuti liides. Vahepeal kuuleme aeg-ajalt tema katsetest loomadel, algul sigadel ja viimasel ajal ka ahvidel. Mõte, et Musk saab oma tahtmise ja suudab inimese pähe sideterminali implanteerida, paelub üht, teisi hirmutab.

Ta ei tööta ainult uue kallal Muskus. Ühendkuningriigi, Šveitsi, Saksamaa ja Itaalia teadlased teatasid hiljuti kombineeritud projekti tulemustest tehisneuronid looduslikega (üks). Kõik see toimub üle Interneti, mis võimaldab bioloogilistel ja "räni" neuronitel omavahel suhelda. Katse hõlmas neuronite kasvatamist rottidel, mida seejärel kasutati signaalimiseks. Rühmajuht Stefano Vassanelli teatas, et teadlastel õnnestus esimest korda näidata, et kiibile paigutatud tehisneuroneid saab otseselt bioloogiliste neuronitega ühendada.

Teadlased tahavad ära kasutada tehisnärvivõrgud taastada kahjustatud ajupiirkondade nõuetekohane toimimine. Pärast spetsiaalsesse implantaadi sisestamist toimivad neuronid teatud tüüpi proteesina, mis kohanduvad aju loomulike tingimustega. Lisateavet projekti enda kohta saate lugeda ajakirja Scientific Reports artiklist.

Facebook tahab tungida teie ajusse

Õigus võib olla neil, kes sellist uut tehnoloogiat pelgavad, eriti kui kuuleme, et näiteks tahaksime valida oma aju "sisu". 2019. aasta oktoobris Facebooki toetatud uurimiskeskuse Chan Zuckerberg BioHubi korraldatud üritusel rääkis ta lootustest aju juhitavatele kaasaskantavatele seadmetele, mis asendaksid hiirt ja klaviatuuri. "Eesmärk on oma mõtetega juhtida objekte virtuaalses või liitreaalsuses," ütles Zuckerberg, tsiteeris CNBC. Facebook ostis peaaegu miljardi dollari eest aju-arvuti liideste süsteeme arendava startupi CTRL-labsi.

Tööst aju-arvuti liidesega teatati esmakordselt Facebook F8 konverentsil 2017. aastal. Ettevõtte pikaajalise plaani kohaselt võimaldavad mitteinvasiivsed kantavad seadmed ühel päeval kasutajatel seda teha kirjuta sõnu lihtsalt neid mõeldes. Kuid selline tehnoloogia on veel väga varajases staadiumis, eriti kuna me räägime puutetundlikest mitteinvasiivsetest liidestest. "Nende võime ajus toimuvat motoorseks aktiivsuseks muuta on piiratud. Suurepäraste võimaluste jaoks tuleb midagi siirdada,” ütles Zuckerberg eelmainitud kohtumisel.

Kas inimesed lubavad endale "midagi istutada", et suhelda inimestega, kes on tuntud oma ohjeldamatu isu poolest? privaatsed andmed Facebookist? (2) Võib-olla leitakse selliseid inimesi, eriti kui ta pakub neile artiklite lõike, mida nad lugeda ei taha. 2020. aasta detsembris teatas Facebook töötajatele, et töötab tööriista kallal teabe kokkuvõtmiseks, et kasutajad ei peaks seda lugema. Samal koosolekul tutvustas ta edasisi plaane närvianduri kohta, mis tuvastaks inimmõtteid ja muudaks need veebisaidil tegevusteks.

2. Facebooki aju ja liidesed

Millest on valmistatud ajutõhusad arvutid?

Need projektid pole ainsad jõupingutused, mida luua. Nende maailmade ühendamine ei ole ainus eesmärk, mida taotletakse. Seal on näiteks. neuromorfne insener, suundumus, mille eesmärk on masinate võimaluste taasloomine inimese aju, näiteks selle energiatõhususe osas.

Ennustatakse, et 2040. aastaks ei suuda globaalsed energiaressursid meie arvutusvajadusi rahuldada, kui jääme ränitehnoloogiate juurde. Seetõttu on hädasti vaja välja töötada uued süsteemid, mis suudaksid andmeid kiiremini töödelda ja mis kõige tähtsam – energiasäästlikumalt. Teadlased on juba ammu teadnud, et miimikatehnikad võivad olla üks viis selle eesmärgi saavutamiseks. inimese aju.

W ränist arvutid erinevaid funktsioone täidavad erinevad füüsilised objektid, mis pikendab töötlemisaega ja põhjustab suuri soojuskadusid. Seevastu aju neuronid võivad samaaegselt saata ja vastu võtta teavet tohutu võrgu kaudu, mille pinge on kümme korda suurem kui meie kõige arenenumate arvutite pinge.

Aju peamine eelis räni kolleegide ees on võime töödelda andmeid paralleelselt. Kõik neuronid on ühendatud tuhandete teiste neuronitega ja kõik need võivad toimida andmete sisendite ja väljundina. Teabe salvestamiseks ja töötlemiseks, nagu meiegi, on vaja välja töötada füüsilised materjalid, mis suudavad kiiresti ja sujuvalt üle minna juhtivusest ettearvamatuse seisundisse, nagu neuronite puhul. 

Mõned kuud tagasi avaldati ajakirjas Matter artikkel selliste omadustega materjali uurimisest. Texase A&M ülikooli teadlased on loonud liitsümbolist β'-CuXV2O5 nanojuhtmed, mis näitavad võimet võnkuda juhtivusolekute vahel vastusena temperatuuri, pinge ja voolu muutustele.

Lähemal uurimisel selgus, et see võime on tingitud vase ioonide liikumisest läbi β'-CuxV2O5, mis põhjustab elektronide liikumine ja muudab materjali juhtivaid omadusi. Selle nähtuse kontrollimiseks genereeritakse β'-CuxV2O5-s elektriimpulss, mis on väga sarnane impulsiga, mis tekib siis, kui bioloogilised neuronid saadavad üksteisele signaale. Meie aju toimib, käivitades teatud neuroneid võtmeaegadel ainulaadses järjestuses. Neuraalsete sündmuste jada viib teabe töötlemiseni, olgu see siis mälu meelde tuletamine või füüsiline tegevus. Skeem β'-CuxV2O5-ga töötab samamoodi.

Kõvaketas DNA-s

Teine uurimisvaldkond on bioloogial põhinevad uuringud. andmete salvestamise meetodid. Üks ideedest, mida oleme ka MT-s korduvalt kirjeldanud, on järgmine. andmete salvestamine DNA-s, peetakse paljulubavaks, äärmiselt kompaktseks ja stabiilseks andmekandjaks (3). Teiste seas on lahendusi, mis võimaldavad salvestada andmeid elusrakkude genoomi.

2025. aastaks toodetakse maailmas hinnanguliselt iga päev ligi viissada eksabaiti andmeid. Nende säilitamine võib kiiresti muutuda ebapraktiliseks. traditsiooniline ränitehnoloogia. DNA teabetihedus on potentsiaalselt miljoneid kordi suurem kui tavalistel kõvaketastel. Arvatakse, et üks gramm DNA-d võib sisaldada kuni 215 miljonit gigabaiti. Samuti on see korralikult hoiustamisel väga stabiilne. 2017. aastal eraldasid teadlased 700 XNUMX aastat tagasi elanud väljasurnud hobuseliigi täieliku genoomi ja eelmisel aastal loeti miljon aastat tagasi elanud mammuti DNA-d.

Peamine raskus on tee leidmine ühend digitaalne maailm i andmed geenide biokeemilise maailmaga. Praegu on tegemist umbes DNA süntees laboris ja kuigi kulud langevad kiiresti, on see siiski raske ja kulukas ülesanne. Pärast sünteesimist tuleb järjestusi hoolikalt in vitro säilitada, kuni need on taaskasutamiseks valmis või neid saab CRISPR-i geenide redigeerimise tehnoloogia abil elusrakkudesse viia.

Columbia ülikooli teadlased on näidanud uut lähenemist, mis võimaldab otsest konversiooni digitaalsed elektroonilised signaalid elusrakkude genoomidesse salvestatud geneetilistesse andmetesse. "Kujutage ette mobiilseid kõvakettaid, mis suudavad reaalajas arvutada ja füüsiliselt ümber konfigureerida," ütles Harris Wang, üks Singularity Hubi meeskonnaliikmetest. "Usume, et esimene samm on binaarsete andmete otse kodeerimine rakkudesse, ilma et oleks vaja in vitro DNA sünteesi."

Töö põhineb CRISPR-põhisel rakusalvestil, mis Van varem välja töötatud E. coli bakterite jaoks, mis tuvastab teatud DNA järjestuste olemasolu rakus ja salvestab selle signaali organismi genoomi. Süsteemil on DNA-põhine "sensormoodul", mis reageerib teatud bioloogilistele signaalidele. Wang ja tema kolleegid kohandasid andurimooduli töötama teise meeskonna poolt välja töötatud biosensoriga, mis omakorda reageerib elektrilistele signaalidele. Lõppkokkuvõttes võimaldas see teadlastel digitaalse teabe otsene kodeerimine bakteri genoomis. Andmemaht, mida üks rakk suudab salvestada, on üsna väike, ainult kolm bitti.

Nii leidsid teadlased viisi, kuidas kodeerida korraga 24 erinevat bakteripopulatsiooni erinevate 3-bitiste andmetega, kokku 72 bitti. Nad kasutasid seda sõnumite "Tere maailm!" kodeerimiseks. bakterites. ja näitas, et koondatud populatsiooni tellides ja spetsiaalselt loodud klassifikaatorit kasutades suudavad nad sõnumit lugeda 98-protsendilise täpsusega. 

Ilmselgelt on 72 bitti võimsusest kaugel. massmälu kaasaegsed kõvakettad. Teadlased usuvad aga, et lahendust saab kiiresti skaleerida. Andmete salvestamine lahtritesse see on teadlaste sõnul palju odavam kui teised meetodid geenides kodeeriminesest keerulise kunstliku DNA sünteesi asemel saate lihtsalt rohkem rakke kasvatada. Rakkudel on ka loomulik võime kaitsta DNA-d keskkonnakahjustuste eest. Nad näitasid seda, lisades steriliseerimata istutusmuldale E. coli rakke ja eraldades neist usaldusväärselt kogu 52-bitise sõnumi, sekveneerides mullaga seotud mikroobikoosluse. Teadlased on hakanud kujundama ka rakkude DNA-d, et need saaksid sooritada loogilisi ja mäluoperatsioone.

4. Visioon transhumanistlikust singulaarsusest kui evolutsiooni järgmisest etapist

integratsiooni arvutitehnik i telekommunikatsioon see on tugevalt seotud arusaamadega transhumanistlikust "singulaarsusest", mida ennustavad ka teised futuristid (4). Aju-masina liidesed, sünteetilised neuronid, genoomsete andmete salvestamine – kõik see võib selles suunas areneda. On ainult üks probleem – kõik need meetodid ja katsed on uurimistöö väga varases staadiumis. Seega peaksid need, kes seda tulevikku kardavad, rahus puhkama ning inimese ja masina lõimumise entusiastid end maha jahutama.