Digitální technologie je o něco blíže biologii, DNA a mozku

Elon Musk ujišťuje, že v blízké budoucnosti budou lidé schopni vytvořit plnohodnotné rozhraní mozek-počítač. Mezitím čas od času slyšíme o jeho pokusech na zvířatech, nejprve na prasatech a v poslední době na opicích. Představa, že si Musk prosadí své a dokáže člověku implantovat do hlavy komunikační terminál, někoho fascinuje, jiné děsí.

Pracuje nejen na novém Pižmo. Vědci z Velké Británie, Švýcarska, Německa a Itálie nedávno oznámili výsledky projektu, který se spojil umělé neurony s přirozenými (jeden). To vše se děje prostřednictvím internetu, který umožňuje vzájemnou komunikaci biologických a „křemíkových“ neuronů. Experiment zahrnoval rostoucí neurony u krys, které byly poté použity pro signalizaci. Vůdce skupiny Stefano Vassanelli uvedl, že vědcům se poprvé podařilo prokázat, že umělé neurony umístěné na čipu lze přímo propojit s biologickými.

Výzkumníci chtějí využít umělé neuronové sítě obnovit správné fungování poškozených oblastí mozku. Po vložení do speciálního implantátu budou neurony fungovat jako jakási protéza, která se přizpůsobí přirozeným podmínkám mozku. Více o projektu samotném si můžete přečíst v článku ve Scientific Reports.

Facebook se vám chce dostat do mozku

Kdo se takové nové technologie bojí, může mít pravdu, zvlášť když slyšíme, že bychom si například rádi vybrali „obsah“ svého mozku. Na akci pořádané v říjnu 2019 výzkumným centrem Chan Zuckerberg BioHub podporovaným Facebookem hovořil o nadějích na kapesní zařízení ovládaná mozkem, která nahradí myš a klávesnici. "Cílem je být schopen ovládat objekty ve virtuální nebo rozšířené realitě svými myšlenkami," řekl Zuckerberg, citovaný CNBC. Facebook koupil CTRL-labs, startup, který vyvíjí systémy rozhraní mozek-počítač, za téměř miliardu dolarů.

Práce na rozhraní mozek-počítač byly poprvé oznámeny na konferenci Facebook F8 v roce 2017. Podle dlouhodobého plánu společnosti to jednoho dne uživatelům umožní neinvazivní nositelná zařízení psát slova pouhým přemýšlením. Ale tento druh technologie je stále ve velmi rané fázi, zvláště když mluvíme o dotykových, neinvazivních rozhraních. „Jejich schopnost převést to, co se děje v mozku, do motorické aktivity je omezená. Pro velké příležitosti je třeba něco implantovat,“ řekl Zuckerberg na zmíněném setkání.

Dovolí si lidé „implantovat něco“, aby se spojili s lidmi, kteří jsou známí svou nezkrotnou chutí soukromá data z facebooku? (2) Snad se takoví najdou, zvlášť když jim nabídne sestřihy článků, které nechtějí číst. V prosinci 2020 Facebook řekl zaměstnancům, že pracuje na nástroji pro shrnutí informací, aby je uživatelé nemuseli číst. Na stejné schůzce představil další plány neurálního senzoru pro detekci lidských myšlenek a jejich převedení do akcí na webu.

2. Mozek a rozhraní Facebooku

Z čeho jsou mozkově efektivní počítače vyrobeny?

Tyto projekty nejsou jedinými snahami, které je třeba vytvořit. Pouhé propojení těchto světů není jediným sledovaným cílem. Existují kupř. neuromorfní inženýrství, trend zaměřený na obnovu schopností strojů lidský mozek, například z hlediska její energetické účinnosti.

Předpokládá se, že do roku 2040 nebudou globální energetické zdroje schopny pokrýt naše počítačové potřeby, pokud se budeme držet křemíkových technologií. Proto je naléhavá potřeba vyvinout nové systémy, které dokážou zpracovávat data rychleji a hlavně energeticky efektivněji. Vědci již dlouho vědí, že mimické techniky mohou být jedním ze způsobů, jak tohoto cíle dosáhnout. lidský mozek.

W křemíkové počítače různé funkce plní různé fyzické objekty, což prodlužuje dobu zpracování a způsobuje obrovské tepelné ztráty. Naproti tomu neurony v mozku mohou současně odesílat a přijímat informace prostřednictvím rozsáhlé sítě při desetinásobku napětí našich nejvyspělejších počítačů.

Hlavní výhodou mozku oproti jeho křemíkovým protějškům je jeho schopnost paralelně zpracovávat data. Každý z neuronů je propojen s tisíci dalších a všechny mohou fungovat jako vstupy a výstupy pro data. Abychom mohli ukládat a zpracovávat informace, jako to děláme my, je nutné vyvinout fyzické materiály, které dokážou rychle a hladce přejít ze stavu vodivosti do stavu nepředvídatelnosti, jako je tomu u neuronů. 

Před pár měsíci vyšel v časopise Matter článek o studiu materiálu s takovými vlastnostmi. Vědci z Texas A&M University vytvořili nanodráty ze složeného symbolu β'-CuXV2O5, které demonstrují schopnost oscilovat mezi stavy vedení v reakci na změny teploty, napětí a proudu.

Při bližším zkoumání bylo zjištěno, že tato schopnost je způsobena pohybem iontů mědi skrz β'-CuxV2O5, což způsobuje pohyb elektronů a mění vodivé vlastnosti materiálu. K řízení tohoto jevu je v β'-CuxV2O5 generován elektrický impuls, velmi podobný tomu, který nastává, když si biologické neurony posílají signály mezi sebou. Náš mozek funguje tak, že spouští určité neurony v klíčových časech v jedinečné sekvenci. Sled neurálních dějů vede ke zpracování informací, ať už se jedná o vybavování paměti nebo vykonávání fyzické aktivity. Schéma s β'-CuxV2O5 bude fungovat stejným způsobem.

Pevný disk v DNA

Další oblastí výzkumu je výzkum založený na biologii. způsoby ukládání dat. Jedna z myšlenek, kterou jsme také v MT mnohokrát popsali, je následující. ukládání dat v DNA, je považováno za perspektivní, extrémně kompaktní a stabilní paměťové médium (3). Mimo jiné existují řešení, která umožňují ukládat data do genomů živých buněk.

Odhaduje se, že do roku 2025 bude každý den celosvětově vyprodukováno téměř pět set exabajtů dat. Jejich skladování se může rychle stát nepraktickým. tradiční křemíkové technologie. Hustota informací v DNA je potenciálně milionkrát vyšší než u běžných pevných disků. Odhaduje se, že jeden gram DNA může obsahovat až 215 milionů gigabajtů. Při správném skladování je také velmi stabilní. V roce 2017 vědci extrahovali kompletní genom vyhynulého druhu koně, který žil před 700 XNUMX lety, a loni byla přečtena DNA z mamuta, který žil před milionem let.

Hlavním problémem je najít cestu sloučenina digitální svět i data s biochemickým světem genů. V současnosti jde o Syntéza DNA v laboratoři, a přestože náklady rychle klesají, je to stále obtížný a nákladný úkol. Jakmile jsou sekvence syntetizovány, musí být pečlivě uloženy in vitro, dokud nejsou připraveny pro opětovné použití nebo mohou být zavedeny do živých buněk pomocí technologie úpravy genu CRISPR.

Vědci z Kolumbijské univerzity prokázali nový přístup, který umožňuje přímou konverzi digitální elektronické signály do genetických dat uložených v genomech živých buněk. „Představte si mobilní pevné disky, které dokážou vypočítat a fyzicky překonfigurovat v reálném čase,“ řekl Harris Wang, jeden z členů týmu Singularity Hub. "Věříme, že prvním krokem je schopnost přímo zakódovat binární data do buněk bez nutnosti in vitro syntézy DNA."

Práce je založena na buněčném záznamníku na bázi CRISPR, který Van dříve vyvinutý pro bakterie E. coli, který detekuje přítomnost určitých sekvencí DNA uvnitř buňky a zaznamenává tento signál do genomu organismu. Systém má „modul senzoru“ na bázi DNA, který reaguje na určité biologické signály. Wang a jeho kolegové přizpůsobili senzorový modul pro práci s biosenzorem vyvinutým jiným týmem, který zase reaguje na elektrické signály. Nakonec to výzkumníkům umožnilo přímé kódování digitální informace v bakteriálním genomu. Množství dat, které může jedna buňka uložit, je poměrně malé, pouze tři bity.

Vědci tedy našli způsob, jak zakódovat 24 různých bakteriálních populací s různými 3bitovými kusy dat současně, celkem 72 bitů. Používali ho ke kódování zpráv „Ahoj světe!“. v bakteriích. a ukázali, že seřazením shromážděné populace a použitím speciálně navrženého klasifikátoru dokážou přečíst zprávu s 98procentní přesností. 

Je zřejmé, že 72 bitů je daleko od kapacity. velké úložiště moderní pevné disky. Vědci se však domnívají, že řešení lze rychle škálovat. Ukládání dat do buněk je podle vědců mnohem levnější než jiné metody kódování v genechprotože můžete jednoduše vypěstovat více buněk, místo abyste procházeli komplikovanou umělou syntézou DNA. Buňky mají také přirozenou schopnost chránit DNA před poškozením prostředím. Prokázali to přidáním buněk E. coli do nesterilizované půdy v květináči a poté z nich spolehlivě extrahovali celou 52bitovou zprávu sekvenováním mikrobiální komunity související s půdou. Vědci také začali navrhovat DNA buněk tak, aby mohly provádět logické a paměťové operace.

4. Vize transhumanistické singularity jako dalšího stupně evoluce

integrace počítačový technik i telekomunikace je silně spojena s představami o transhumanistické „singularitě“ předpovězené i jinými futuristy (4). Rozhraní mozek-stroj, syntetické neurony, ukládání genomických dat – to vše se může vyvíjet tímto směrem. Je tu jen jeden problém – to jsou všechny metody a experimenty ve velmi rané fázi výzkumu. Takže ti, kdo se bojí této budoucnosti, by měli odpočívat v pokoji a nadšenci do integrace člověk-stroj by měli vychladnout.