A digitális technológia egy kicsit közelebb áll a biológiához, a DNS-hez és az agyhoz

Elon Musk biztosítja, hogy a közeljövőben az emberek képesek lesznek teljes értékű agy-számítógép interfészt létrehozni. Közben időről időre hallunk állatkísérleteiről, először sertésekkel, újabban pedig majmokkal. Az a gondolat, hogy Musk eléri a maga módján, és képes lesz kommunikációs terminált beültetni az ember fejébe, egyeseket lenyűgöz, másokat megijeszt.

Nem csak egy újon dolgozik Pézsma. Az Egyesült Királyságból, Svájcból, Németországból és Olaszországból érkezett tudósok nemrégiben jelentették be az egyesített projekt eredményeit mesterséges neuronok természetes (egy). Mindez az interneten keresztül történik, amely lehetővé teszi a biológiai és a "szilícium" neuronok egymás közötti kommunikációját. A kísérlet során neuronokat növesztettek patkányokban, amelyeket aztán jelátvitelre használtak. Csoportvezető Stefano Vassanelli beszámolt arról, hogy a tudósoknak először sikerült kimutatniuk, hogy a chipre helyezett mesterséges neuronok közvetlenül összekapcsolhatók a biológiai neuronokkal.

A kutatók ki akarják használni mesterséges idegi hálózat helyreállítani a sérült agyterületek megfelelő működését. Egy speciális implantátumba való behelyezés után a neuronok egyfajta protézisként működnek, amely alkalmazkodik az agy természetes körülményeihez. Magáról a projektről bővebben a Scientific Reports egyik cikkében olvashat.

A Facebook be akar jutni az agyadba

Igazuk lehet azoknak, akik félnek az ilyen új technológiától, főleg, ha azt halljuk, hogy például agyunk "tartalmát" szeretnénk megválogatni. A Facebook által támogatott Chan Zuckerberg BioHub kutatóközpont 2019 októberében tartott rendezvényén arról beszélt, hogy az agy által vezérelt hordozható eszközök reményei vannak, amelyek felváltják az egeret és a billentyűzetet. „A cél az, hogy a virtuális vagy kiterjesztett valóságban lévő objektumokat gondolataival irányíthassuk” – mondta Zuckerberg, akit a CNBC idéz. A Facebook csaknem egymilliárd dollárért megvásárolta a CTRL-labst, az agy-számítógép interfész rendszereket fejlesztő startupot.

Az agy-számítógép interfészen végzett munkát először a Facebook F8 konferencián jelentették be 2017-ben. A cég hosszú távú terve szerint egy napon a non-invazív hordható eszközök lehetővé teszik a felhasználók számára csak úgy írj szavakat, hogy gondolod őket. De ez a fajta technológia még nagyon korai stádiumban van, főleg mivel érintéses, non-invazív interfészekről beszélünk. „Korlátozott az a képességük, hogy az agyban zajló eseményeket motoros tevékenységgé alakítsák át. A nagyszerű lehetőségekhez valamit be kell ültetni” – mondta Zuckerberg a már említett találkozón.

Megengedik-e maguknak az emberek, hogy „beültessenek valamit”, hogy kapcsolatba léphessenek olyan emberekkel, akik féktelen étvágyukról ismertek? privát adatok a facebookról? (2) Talán találni fognak ilyen embereket, különösen, ha olyan cikkeket ajánl nekik, amelyeket nem akarnak elolvasni. 2020 decemberében a Facebook közölte az alkalmazottakkal, hogy egy olyan eszközön dolgozik, amely összefoglalja az információkat, hogy a felhasználóknak ne kelljen elolvasniuk azokat. Ugyanezen a találkozón további terveit ismertette egy neurális érzékelővel kapcsolatban, amely észleli az emberi gondolatokat, és azokat cselekvésekké alakítja át a weboldalon.

2. A Facebook agya és felületei

Miből készülnek az agy hatékony számítógépei?

Nem ezek a projektek az egyedüli erőfeszítések. E világok puszta összekapcsolása nem az egyetlen cél. Vannak pl. neuromorf tervezés, a gépek képességeinek újrateremtését célzó trend emberi agypéldául az energiahatékonysága szempontjából.

Az előrejelzések szerint 2040-re a globális energiaforrások nem lesznek képesek kielégíteni számítástechnikai szükségleteinket, ha ragaszkodunk a szilíciumtechnológiákhoz. Ezért sürgősen szükség van olyan új rendszerek kifejlesztésére, amelyek gyorsabban és ami a legfontosabb, energiahatékonyabban képesek feldolgozni az adatokat. A tudósok régóta tudják, hogy e cél elérésének egyik módja lehet a mimikri technikák. emberi agy.

W szilícium számítógépek különböző funkciókat különböző fizikai objektumok látnak el, ami megnöveli a feldolgozási időt és hatalmas hőveszteséget okoz. Ezzel szemben az agy idegsejtjei egyszerre tudnak információt küldeni és fogadni egy hatalmas hálózaton keresztül, tízszer akkora feszültséggel, mint a legfejlettebb számítógépeink.

Az agy fő előnye szilícium társaival szemben, hogy képes párhuzamosan feldolgozni az adatokat. Mindegyik neuron több ezer másikhoz kapcsolódik, és mindegyik adat be- és kimenetként szolgálhat. Ahhoz, hogy képesek legyünk tárolni és feldolgozni az információkat, ahogy mi is tesszük, olyan fizikai anyagok kifejlesztésére van szükség, amelyek gyorsan és zökkenőmentesen tudnak átmenni a vezetési állapotból a kiszámíthatatlan állapotba, ahogy az a neuronok esetében történik. 

Néhány hónappal ezelőtt a Matter folyóiratban megjelent egy cikk egy ilyen tulajdonságokkal rendelkező anyag vizsgálatáról. A Texas A&M Egyetem tudósai a β'-CuXV2O5 összetett szimbólumból nanovezetékeket hoztak létre, amelyek bemutatják, hogy képesek oszcillálni a vezetési állapotok között a hőmérséklet, a feszültség és az áramerősség változásaira reagálva.

Közelebbről megvizsgálva kiderült, hogy ez a képesség a rézionok mozgásának köszönhető a β'-CuxV2O5-ben, ami elektron mozgás és megváltoztatja az anyag vezetőképességét. Ennek a jelenségnek a szabályozására a β'-CuxV2O5-ben elektromos impulzus keletkezik, amely nagyon hasonló ahhoz, amely akkor következik be, amikor a biológiai neuronok jeleket küldenek egymásnak. Agyunk úgy működik, hogy bizonyos neuronokat kulcsfontosságú időpontokban, egyedi sorrendben tüzel. Neurális események sorozata vezet az információ feldolgozásához, legyen szó egy emlék felidézéséről vagy fizikai tevékenység végzéséről. A β'-CuxV2O5 séma ugyanúgy fog működni.

Merevlemez a DNS-ben

A kutatás másik területe a biológián alapuló kutatás. adattárolási módszerek. Az egyik ötlet, amit az MT-ben is sokszor leírtunk, a következő. adattárolás a DNS-ben, ígéretes, rendkívül kompakt és stabil adathordozónak számít (3). Többek között léteznek olyan megoldások, amelyek lehetővé teszik az adatok tárolását az élő sejtek genomjában.

A becslések szerint 2025-re naponta csaknem ötszáz exabájt adatot állítanak elő világszerte. Tárolásuk gyorsan használhatatlanná válhat. hagyományos szilícium technológia. A DNS információsűrűsége potenciálisan milliószor nagyobb, mint a hagyományos merevlemezeké. Becslések szerint egy gramm DNS akár 215 millió gigabájtot is tartalmazhat. Megfelelő tárolás esetén is nagyon stabil. 2017-ben a tudósok egy 700 XNUMX éve élt, kihalt lófaj teljes genomját vonták ki, tavaly pedig egy egymillió éve élt mamut DNS-ét olvasták ki.

A fő nehézség az út megtalálása összetett digitális világ i adatokat a gének biokémiai világával. Jelenleg kb DNS szintézis a laborban, és bár a költségek gyorsan csökkennek, ez még mindig nehéz és költséges feladat. A szintetizálást követően a szekvenciákat gondosan in vitro kell tárolni, amíg készen nem állnak az újrafelhasználásra, vagy a CRISPR génszerkesztő technológiával élő sejtekbe be nem vihetők.

A Columbia Egyetem kutatói egy új megközelítést mutattak be, amely lehetővé teszi a közvetlen konverziót digitális elektronikus jelek az élő sejtek genomjában tárolt genetikai adatokba. „Képzeljen el olyan cellás merevlemezeket, amelyek valós időben képesek számolni és fizikailag újrakonfigurálni” – mondta Harris Wang, a Singularity Hub csapatának egyik tagja. "Úgy gondoljuk, hogy az első lépés az, hogy képesek vagyunk közvetlenül bináris adatokat kódolni a sejtekbe anélkül, hogy in vitro DNS-szintézisre lenne szükség."

A munka egy CRISPR alapú sejtrögzítőre épül, amely Wang korábban E. coli baktériumok számára kifejlesztett, amely kimutatja bizonyos DNS-szekvenciák jelenlétét a sejten belül, és ezt a jelet rögzíti a szervezet genomjában. A rendszer DNS-alapú "érzékelő modullal" rendelkezik, amely reagál bizonyos biológiai jelekre. Wang és munkatársai az érzékelőmodult egy másik csapat által kifejlesztett bioszenzorral való együttműködésre adaptálták, amely viszont reagál az elektromos jelekre. Végül ez lehetővé tette a kutatóknak digitális információ közvetlen kódolása a bakteriális genomban. Az egy cellában tárolható adatmennyiség meglehetősen kicsi, mindössze három bit.

Így a tudósok megtalálták a módját, hogy egyszerre 24 különböző baktériumpopulációt kódoljanak különböző 3 bites adatokkal, összesen 72 bitet. A „Hello world!” üzenetek kódolására használták. baktériumokban. és megmutatta, hogy az összevont sokaság rendezésével és egy speciálisan kialakított osztályozó használatával 98 százalékos pontossággal tudják elolvasni az üzenetet. 

Nyilvánvaló, hogy a 72 bit messze van a kapacitástól. háttértár modern merevlemezek. A tudósok azonban úgy vélik, hogy a megoldás gyorsan méretezhető. Adatok tárolása cellákban a tudósok szerint sokkal olcsóbb, mint más módszerek génekben kódolómert egyszerűen több sejtet növeszthet ahelyett, hogy bonyolult mesterséges DNS-szintézisen menne keresztül. A sejtek természetes módon képesek megvédeni a DNS-t a környezeti ártalmaktól. Ezt úgy mutatták be, hogy E. coli sejteket adtak a nem sterilizált virágföldhöz, majd megbízhatóan kinyerték belőlük a teljes 52 bites üzenetet a talajhoz kapcsolódó mikrobaközösség szekvenálásával. A tudósok megkezdték a sejtek DNS-ének tervezését is, hogy azok logikai és memóriaműveleteket hajthassanak végre.

4. A transzhumanista szingularitás víziója az evolúció következő szakaszaként

integráció számítástechnikus i távközlés erősen összefügg a transzhumanista „szingularitás” más futuristák által is megjósolt fogalmaival (4). Agy-gép interfészek, szintetikus neuronok, genomi adatok tárolása – mindez ebbe az irányba fejlődhet. Csak egy probléma van - ezek mind a módszerek és kísérletek a kutatás nagyon korai szakaszában. Így hát azoknak, akik félnek ettől a jövőtől, nyugodjanak békében, az ember-gép integráció rajongói pedig hűsöljenek le.