Digital teknologi er litt nærmere biologi, DNA og hjernen

Elon Musk forsikrer at folk i nær fremtid vil være i stand til å lage et fullverdig hjerne-datamaskin-grensesnitt. I mellomtiden hører vi fra tid til annen om eksperimentene hans på dyr, først på griser, og nå nylig på aper. Ideen om at Musk vil få viljen sin og være i stand til å implantere en kommunikasjonsterminal i hodet på en person fascinerer noen, skremmer andre.

Han jobber ikke bare med en ny Musk. Forskere fra Storbritannia, Sveits, Tyskland og Italia annonserte nylig resultatene av et prosjekt som har kombinert kunstige nevroner med naturlig (en). Alt dette gjøres gjennom Internett, som gjør at biologiske og "silisium"-nevroner kan kommunisere med hverandre. Eksperimentet involverte dyrking av nevroner i rotter, som deretter ble brukt til signalering. Gruppeleder Stefano Vassanelli rapporterte at forskere for første gang klarte å vise at kunstige nevroner plassert på en brikke kan være direkte forbundet med biologiske.

Forskere ønsker å utnytte det kunstige nevrale nettverk gjenopprette riktig funksjon av skadede områder av hjernen. Etter å ha blitt satt inn i et spesielt implantat, vil nevronene fungere som en slags protese som vil tilpasse seg de naturlige forholdene i hjernen. Du kan lese mer om selve prosjektet i en artikkel i Scientific Reports.

Facebook ønsker å komme inn i hjernen din

De som er redde for slik ny teknologi kan ha rett, spesielt når vi hører at vi for eksempel gjerne vil velge «innholdet» i hjernen vår. På et arrangement holdt i oktober 2019 av det Facebook-støttede forskningssenteret Chan Zuckerberg BioHub, snakket han om håp om hjernekontrollerte bærbare enheter som ville erstatte mus og tastatur. "Målet er å kunne kontrollere objekter i virtuell eller utvidet virkelighet med tankene dine," sa Zuckerberg, sitert av CNBC. Facebook kjøpte CTRL-labs, en oppstart som utvikler hjerne-datamaskin-grensesnittsystemer, for nesten en milliard dollar.

Arbeidet med hjerne-datamaskin-grensesnittet ble først annonsert på Facebook F8-konferansen i 2017. I henhold til selskapets langsiktige plan, vil en dag ikke-invasive bærbare enheter tillate brukere skrive ord bare ved å tenke på dem. Men denne typen teknologi er fortsatt på et veldig tidlig stadium, spesielt siden vi snakker om touch, ikke-invasive grensesnitt. "Deres evne til å omsette det som skjer i hjernen til motorisk aktivitet er begrenset. For store muligheter må noe implanteres, sa Zuckerberg på det nevnte møtet.

Vil folk tillate seg å "implantere noe" for å få kontakt med folk kjent for sin uhemmede appetitt på private data fra facebook? (2) Kanskje slike mennesker vil bli funnet, spesielt når han tilbyr dem utklipp av artikler som de ikke vil lese. I desember 2020 fortalte Facebook ansatte at de jobbet med et verktøy for å oppsummere informasjon slik at brukerne ikke trenger å lese den. På samme møte presenterte han ytterligere planer for en nevral sensor for å oppdage menneskelige tanker og omsette dem til handlinger på nettsiden.

2. Hjernen og grensesnittene til Facebook

Hva er hjerneeffektive datamaskiner laget av?

Disse prosjektene er ikke de eneste forsøkene som skal opprettes. Bare forbindelsen mellom disse verdenene er ikke det eneste målet som forfølges. Det finnes f.eks. nevromorfisk konstruksjon, en trend som tar sikte på å gjenskape egenskapene til maskiner Menneskehjerne, for eksempel når det gjelder energieffektivitet.

Det er spådd at innen 2040 vil globale energiressurser ikke være i stand til å dekke våre databehov hvis vi holder oss til silisiumteknologier. Derfor er det et presserende behov for å utvikle nye systemer som kan behandle data raskere og, viktigst av alt, mer energieffektivt. Forskere har lenge visst at mimikkteknikker kan være en måte å nå dette målet. Menneskehjerne.

W silisium datamaskiner ulike funksjoner utføres av ulike fysiske objekter, noe som øker behandlingstiden og forårsaker store varmetap. Derimot kan nevroner i hjernen samtidig sende og motta informasjon over et enormt nettverk med ti ganger spenningen til våre mest avanserte datamaskiner.

Hjernens største fordel fremfor sine silisium-motstykker er dens evne til å behandle data parallelt. Hver av nevronene er koblet til tusenvis av andre, og alle kan fungere som innganger og utganger for data. For å kunne lagre og behandle informasjon, slik vi gjør, er det nødvendig å utvikle fysiske materialer som raskt og smidig kan gå over fra en ledningstilstand til en tilstand av uforutsigbarhet, slik tilfellet er med nevroner. 

For noen måneder siden ble det publisert en artikkel i tidsskriftet Matter om studiet av et materiale med slike egenskaper. Forskere ved Texas A&M University har laget nanotråder fra det sammensatte symbolet β'-CuXV2O5 som demonstrerer evnen til å oscillere mellom ledningstilstander som svar på endringer i temperatur, spenning og strøm.

Ved nærmere undersøkelse ble det funnet at denne evnen skyldes bevegelsen av kobberioner gjennom β'-CuxV2O5, som forårsaker elektronbevegelse og endrer materialets ledende egenskaper. For å kontrollere dette fenomenet genereres en elektrisk impuls i β'-CuxV2O5, veldig lik den som oppstår når biologiske nevroner sender signaler til hverandre. Hjernen vår fungerer ved å avfyre ​​visse nevroner på viktige tidspunkter i en unik sekvens. En sekvens av nevrale hendelser fører til prosessering av informasjon, enten det er å gjenkalle et minne eller utføre en fysisk aktivitet. Opplegget med β'-CuxV2O5 vil fungere på samme måte.

Harddisk i DNA

Et annet forskningsområde er forskning basert på biologi. datalagringsmetoder. En av ideene, som vi også har beskrevet mange ganger i MT, er følgende. datalagring i DNA, anses som et lovende, ekstremt kompakt og stabilt lagringsmedium (3). Blant annet finnes det løsninger som gjør det mulig å lagre data i genomene til levende celler.

Innen 2025 er det anslått at nesten fem hundre exabyte med data vil bli produsert hver dag over hele verden. Å lagre dem kan fort bli upraktisk å bruke. tradisjonell silisiumteknologi. Informasjonstettheten i DNA er potensielt millioner av ganger høyere enn for vanlige harddisker. Det er anslått at ett gram DNA kan inneholde opptil 215 millioner gigabyte. Den er også veldig stabil når den oppbevares riktig. I 2017 hentet forskere ut det komplette genomet til en utdødd hesteart som levde for 700 XNUMX år siden, og i fjor ble DNA lest fra en mammut som levde for en million år siden.

Den største vanskeligheten er å finne en måte sammensatte digital verden i data med den biokjemiske verdenen av gener. Det er for tiden ca DNA-syntese i laboratoriet, og selv om kostnadene synker raskt, er det fortsatt en vanskelig og kostbar oppgave. Når de er syntetisert, må sekvenser lagres nøye in vitro til de er klare for gjenbruk eller kan introduseres i levende celler ved hjelp av CRISPR-genredigeringsteknologi.

Columbia University-forskere har demonstrert en ny tilnærming som tillater direkte konvertering digitale elektroniske signaler inn i genetiske data som er lagret i genomene til levende celler. "Se for deg mobilharddisker som kan beregne og fysisk rekonfigurere i sanntid," sa Harris Wang, en av Singularity Hub-teammedlemmene. "Vi tror det første trinnet er å kunne kode binære data direkte inn i celler uten behov for in vitro DNA-syntese."

Arbeidet er basert på en CRISPR-basert celleopptaker, som Wang tidligere utviklet for E. coli-bakterier, som oppdager tilstedeværelsen av visse DNA-sekvenser inne i cellen og registrerer dette signalet i organismens genom. Systemet har en DNA-basert «sensormodul» som reagerer på visse biologiske signaler. Wang og kollegene hans tilpasset sensormodulen til å fungere med en biosensor utviklet av et annet team, som igjen reagerer på elektriske signaler. Til syvende og sist tillot dette forskerne direkte koding av digital informasjon i bakteriegenomet. Mengden data som én celle kan lagre er ganske liten, bare tre biter.

Så forskerne fant en måte å kode 24 forskjellige bakteriepopulasjoner med forskjellige 3-bits data på samme tid, for totalt 72 biter. De brukte den til å kode «Hello world!»-meldinger. i bakterier. og viste at ved å bestille den samlede populasjonen og bruke en spesialdesignet klassifiserer, kunne de lese meldingen med 98 prosent nøyaktighet. 

Åpenbart er 72 biter langt fra kapasitet. masselagring moderne harddisker. Forskere mener imidlertid at løsningen raskt kan skaleres. Lagre data i celler det er, ifølge forskere, mye billigere enn andre metoder koding i generfordi du bare kan dyrke flere celler i stedet for å gå gjennom komplisert kunstig DNA-syntese. Celler har også en naturlig evne til å beskytte DNA mot miljøskader. De demonstrerte dette ved å legge til E. coli-celler i usterilisert pottejord og deretter pålitelig trekke ut hele 52-bits meldingen fra dem ved å sekvensere jordens assosierte mikrobielle samfunn. Forskere har også begynt å designe DNA til cellene slik at de kan utføre logiske operasjoner og minneoperasjoner.

4. Visjon om den transhumanistiske singulariteten som neste trinn i evolusjonen

integrering data teknikker i telekommunikasjon det er sterkt assosiert med forestillinger om en transhumanistisk «singularitet» som også er forutsagt av andre futurister (4). Hjerne-maskin-grensesnitt, syntetiske nevroner, lagring av genomiske data - alt dette kan utvikle seg i denne retningen. Det er bare ett problem - dette er alle metodene og eksperimentene på et tidlig stadium av forskning. Så de som frykter denne fremtiden bør hvile i fred, og entusiastene for menneske-maskin-integrasjon bør kjøle seg ned.