Digitale tegnologie is 'n bietjie nader aan biologie, DNA en die brein

Elon Musk verseker dat mense in die nabye toekoms 'n volwaardige brein-rekenaar-koppelvlak sal kan skep. Intussen hoor ons van tyd tot tyd van sy eksperimente op diere, eers op varke, en meer onlangs op ape. Die idee dat Musk sy sin sal kry en 'n kommunikasieterminal in 'n persoon se kop sal kan inplant, fassineer sommige, maak ander bang.

Hy werk nie net aan 'n nuwe nie Muskus. Wetenskaplikes van die Verenigde Koninkryk, Switserland, Duitsland en Italië het onlangs die resultate aangekondig van 'n projek wat gekombineer is kunsmatige neurone met natuurlike (een). Dit alles word oor die internet gedoen, wat biologiese en "silikon" neurone toelaat om met mekaar te kommunikeer. Die eksperiment het behels die groei van neurone in rotte, wat dan vir sein gebruik is. Groep leier Stefano Vassanelli berig dat wetenskaplikes vir die eerste keer daarin geslaag het om te wys dat kunsmatige neurone wat op 'n skyfie geplaas is, direk met biologiese verbind kan word.

Navorsers wil gebruik kunsmatige neurale netwerke herstel die behoorlike funksionering van beskadigde areas van die brein. Nadat dit in 'n spesiale inplantaat geplaas is, sal die neurone optree as 'n soort prostese wat sal aanpas by die natuurlike toestande van die brein. Jy kan meer oor die projek self lees in 'n artikel in Scientific Reports.

Facebook wil in jou brein kom

Diegene wat bang is vir sulke nuwe tegnologie kan reg wees, veral as ons hoor dat ons byvoorbeeld graag die “inhoud” van ons brein wil kies. By 'n geleentheid wat in Oktober 2019 deur die Facebook-gesteunde navorsingsentrum Chan Zuckerberg BioHub gehou is, het hy gepraat oor hoop vir breinbeheerde draagbare toestelle wat die muis en sleutelbord sal vervang. "Die doel is om voorwerpe in virtuele of uitgebreide werklikheid met jou gedagtes te kan beheer," sê Zuckerberg, aangehaal deur CNBC. Facebook het CTRL-labs, 'n beginonderneming wat brein-rekenaar-koppelvlakstelsels ontwikkel, vir byna 'n miljard dollar gekoop.

Werk aan die brein-rekenaar-koppelvlak is die eerste keer by die Facebook F8-konferensie in 2017 aangekondig. Volgens die maatskappy se langtermynplan sal nie-indringende draagbare toestelle eendag gebruikers toelaat om dit te doen skryf woorde net deur dit te dink. Maar hierdie soort tegnologie is nog in 'n baie vroeë stadium, veral omdat ons praat oor raakskerm, nie-indringende koppelvlakke. “Hul vermoë om dit wat in die brein gebeur te vertaal in motoriese aktiwiteit is beperk. Vir groot geleenthede moet iets ingeplant word,” het Zuckerberg by die genoemde vergadering gesê.

Sal mense hulself toelaat om "iets in te plant" om kontak te maak met mense wat bekend is vir hul ongebreidelde aptyt vir privaat data vanaf Facebook? (2) Miskien sal sulke mense gevind word, veral wanneer hy vir hulle snitte van artikels aanbied wat hulle nie wil lees nie. In Desember 2020 het Facebook aan werknemers gesê hulle werk aan 'n instrument om inligting op te som sodat gebruikers dit nie hoef te lees nie. Op dieselfde vergadering het hy verdere planne vir 'n neurale sensor voorgelê om menslike gedagtes op te spoor en dit in aksies te vertaal op die webwerf.

2. Die brein en koppelvlakke van Facebook

Waarvan word breindoeltreffende rekenaars gemaak?

Hierdie projekte is nie die enigste pogings wat geskep moet word nie. Die blote verbinding van hierdie wêrelde is nie die enigste doel wat nagestreef word nie. Daar is bv. neuromorfiese ingenieurswese, 'n neiging wat daarop gemik is om die vermoëns van masjiene te herskep menslike brein, byvoorbeeld, in terme van sy energiedoeltreffendheid.

Daar word voorspel dat globale energiebronne teen 2040 nie in ons rekenaarbehoeftes sal kan voorsien as ons by silikontegnologie hou nie. Daarom is daar 'n dringende behoefte om nuwe stelsels te ontwikkel wat data vinniger en, bowenal, meer energiedoeltreffend kan verwerk. Wetenskaplikes weet al lank dat mimiektegnieke een manier kan wees om hierdie doel te bereik. menslike brein.

W silikon rekenaars verskillende funksies word deur verskillende fisiese voorwerpe verrig, wat die verwerkingstyd vermeerder en groot hitteverliese veroorsaak. Daarteenoor kan neurone in die brein terselfdertyd inligting oor 'n groot netwerk stuur en ontvang teen tien keer die spanning van ons mees gevorderde rekenaars.

Die grootste voordeel van die brein bo sy silikon-eweknieë is sy vermoë om data parallel te verwerk. Elkeen van die neurone is aan duisende ander verbind, en almal van hulle kan optree as insette en uitsette vir data. Om inligting te kan stoor en verwerk, soos ons dit doen, is dit nodig om fisiese materiale te ontwikkel wat vinnig en glad kan oorgaan van 'n toestand van geleiding na 'n toestand van onvoorspelbaarheid, soos die geval is met neurone. 

'n Paar maande gelede is 'n artikel in die joernaal Matter gepubliseer oor die studie van 'n materiaal met sulke eienskappe. Wetenskaplikes aan die Texas A&M Universiteit het nanodrade van die saamgestelde simbool β'-CuXV2O5 geskep wat die vermoë demonstreer om tussen geleidingstoestande te ossilleer in reaksie op veranderinge in temperatuur, spanning en stroom.

By nadere ondersoek is gevind dat hierdie vermoë te wyte is aan die beweging van koperione regdeur β'-CuxV2O5, wat veroorsaak dat elektron beweging en verander die geleidende eienskappe van die materiaal. Om hierdie verskynsel te beheer, word 'n elektriese impuls in β'-CuxV2O5 gegenereer, baie soortgelyk aan die een wat plaasvind wanneer biologiese neurone seine na mekaar stuur. Ons brein funksioneer deur sekere neurone op sleutel tye in 'n unieke volgorde af te vuur. 'n Opeenvolging van neurale gebeure lei tot die verwerking van inligting, of dit nou die herroeping van 'n geheue of die uitvoering van 'n fisiese aktiwiteit is. Die skema met β'-CuxV2O5 sal op dieselfde manier werk.

Hardeskyf in DNA

Nog 'n gebied van navorsing is navorsing gebaseer op biologie. data stoor metodes. Een van die idees, wat ons ook al baie keer in MT beskryf het, is die volgende. databerging in DNA, word beskou as 'n belowende, uiters kompakte en stabiele bergingsmedium (3). Daar is onder meer oplossings wat dit moontlik maak om data in die genome van lewende selle te stoor.

Teen 2025 word beraam dat byna vyfhonderd exagrepe data elke dag wêreldwyd geproduseer sal word. Om dit te stoor, kan vinnig onprakties word om te gebruik. tradisionele silikon tegnologie. Die inligtingsdigtheid in DNS is potensieel miljoene kere hoër as dié van konvensionele hardeskywe. Daar word beraam dat een gram DNA tot 215 miljoen gigagrepe kan bevat. Dit is ook baie stabiel wanneer dit behoorlik gestoor word. In 2017 het wetenskaplikes die volledige genoom onttrek van ’n uitgestorwe perdspesie wat 700 XNUMX jaar gelede geleef het, en verlede jaar is DNS gelees van ’n mammoet wat ’n miljoen jaar gelede geleef het.

Die grootste probleem is om 'n manier te vind verbinding digitale wêreld i data met die biochemiese wêreld van gene. Dit gaan tans oor DNA sintese in die laboratorium, en hoewel koste vinnig daal, is dit steeds 'n moeilike en duur taak. Sodra dit gesintetiseer is, moet volgordes versigtig in vitro gestoor word totdat hulle gereed is vir hergebruik of in lewende selle ingebring kan word deur gebruik te maak van CRISPR geenredigeringstegnologie.

Navorsers van die Universiteit van Columbia het 'n nuwe benadering getoon wat direkte omskakeling moontlik maak digitale elektroniese seine in die genetiese data wat in die genome van lewende selle gestoor is. "Stel jou sellulêre hardeskywe voor wat intyds kan bereken en fisies herkonfigureer," het Harris Wang, een van die Singularity Hub-spanlede, gesê. "Ons glo die eerste stap is om binêre data direk in selle te enkodeer sonder die behoefte aan in vitro DNA-sintese."

Die werk is gebaseer op 'n CRISPR-gebaseerde selopnemer, wat Wang voorheen ontwikkel vir E. coli-bakterieë, wat die teenwoordigheid van sekere DNS-volgordes binne die sel opspoor en hierdie sein in die organisme se genoom aanteken. Die stelsel het 'n DNS-gebaseerde "sensormodule" wat op sekere biologiese seine reageer. Wang en sy kollegas het die sensormodule aangepas om te werk met 'n biosensor wat deur 'n ander span ontwikkel is, wat op sy beurt op elektriese seine reageer. Uiteindelik het dit die navorsers toegelaat direkte kodering van digitale inligting in die bakteriese genoom. Die hoeveelheid data wat een sel kan stoor is redelik klein, slegs drie bisse.

So het die wetenskaplikes 'n manier gevind om 24 verskillende bakteriese populasies te enkodeer met verskillende 3-bis stukke data op dieselfde tyd, vir 'n totaal van 72 bisse. Hulle het dit gebruik om "Hallo wêreld!"-boodskappe te enkodeer. in bakterieë. en het getoon dat deur die saamgevoegde bevolking te orden en 'n spesiaal ontwerpte klassifiseerder te gebruik, hulle die boodskap met 98 persent akkuraatheid kon lees. 

Dit is duidelik dat 72 bisse ver van kapasiteit is. Massa berging moderne hardeskywe. Wetenskaplikes glo egter dat die oplossing vinnig afgeskaal kan word. Stoor data in selle dit is, volgens wetenskaplikes, baie goedkoper as ander metodes kodering in genewant jy kan net meer selle laat groei in plaas daarvan om deur ingewikkelde kunsmatige DNA-sintese te gaan. Selle het ook 'n natuurlike vermoë om DNS teen omgewingskade te beskerm. Hulle het dit gedemonstreer deur E. coli-selle by ongesteriliseerde potgrond te voeg en dan die hele 52-bis-boodskap betroubaar daaruit te onttrek deur die grond se geassosieerde mikrobiese gemeenskap in volgorde te plaas. Wetenskaplikes het ook begin om die DNA van selle te ontwerp sodat hulle logiese en geheue-bewerkings kan uitvoer.

4. Visie van die transhumanistiese singulariteit as die volgende stadium van evolusie

integrasie rekenaar tegnikus i telekommunikasie dit word sterk geassosieer met idees van 'n transhumanistiese "singulariteit" wat ook deur ander futuriste voorspel word (4). Brein-masjien-koppelvlakke, sintetiese neurone, berging van genomiese data - dit alles kan in hierdie rigting ontwikkel. Daar is net een probleem - dit is al die metodes en eksperimente in die baie vroeë stadium van navorsing. So diegene wat hierdie toekoms vrees, moet in vrede rus, en die entoesiaste van mens-masjien-integrasie moet afkoel.