Цифровите технологии са малко по-близо до биологията, ДНК и мозъка

Илон Мъск уверява, че в близко бъдеще хората ще могат да създадат пълноценен интерфейс мозък-компютър. Междувременно чуваме от време на време за опитите му върху животни, първо върху прасета, а напоследък и върху маймуни. Идеята, че Мъск ще постигне своя път и ще може да имплантира комуникационен терминал в главата на човек, очарова някои, плаши други.

Той не работи само по нов мускус. Учени от Обединеното кралство, Швейцария, Германия и Италия наскоро обявиха резултатите от проект, който комбинира изкуствени неврони с естествени (един). Всичко това става чрез интернет, което позволява на биологичните и "силициевите" неврони да комуникират помежду си. Експериментът включва отглеждане на неврони при плъхове, които след това се използват за сигнализиране. Лидер на група Стефано Васанели съобщи, че учените за първи път успяха да покажат, че изкуствените неврони, поставени върху чип, могат да бъдат пряко свързани с биологичните.

Изследователите искат да се възползват изкуствени невронни мрежи възстановяване на правилното функциониране на увредените области на мозъка. След като бъдат поставени в специален имплант, невроните ще действат като вид протеза, която ще се адаптира към естествените условия на мозъка. Можете да прочетете повече за самия проект в статия в Scientific Reports.

Facebook иска да влезе в мозъка ви

Тези, които се страхуват от подобна нова технология, може да са прави, особено когато чуем, че например бихме искали да изберем „съдържанието“ на нашия мозък. На събитие, проведено през октомври 2019 г. от подкрепяния от Facebook изследователски център Chan Zuckerberg BioHub, той говори за надеждите за преносими устройства, контролирани от мозъка, които ще заменят мишката и клавиатурата. „Целта е да можете да контролирате обекти във виртуална или разширена реалност с мислите си“, каза Зукърбърг, цитиран от CNBC. Facebook купи CTRL-labs, стартъп, който разработва системи за интерфейс мозък-компютър, за почти милиард долара.

Работата върху интерфейса мозък-компютър беше обявена за първи път на конференцията Facebook F8 през 2017 г. Според дългосрочния план на компанията, един ден неинвазивните носими устройства ще позволят на потребителите пишете думи само като ги мислите. Но този вид технология все още е на много ранен етап, особено след като говорим за сензорен екран, неинвазивни интерфейси. „Способността им да превеждат случващото се в мозъка в двигателна активност е ограничена. За големи възможности трябва да се имплантира нещо“, каза Зукърбърг на гореспоменатата среща.

Ще си позволят ли хората да „имплантират нещо“, за да се свържат с хора, известни с необуздания си апетит за лични данни от фейсбук? (2) Може би ще се намерят такива хора, особено когато той им предложи изрезки от статии, които те не искат да четат. През декември 2020 г. Facebook каза на служителите, че работи върху инструмент за обобщаване на информация, така че потребителите да не трябва да я четат. На същата среща той представи допълнителни планове за невронен сензор, който да открива човешки мисли и да ги превежда в действия на уебсайта.

2. Мозъкът и интерфейсите на Facebook

От какво са направени компютрите, ефективни за мозъка?

Тези проекти не са единствените усилия, които трябва да бъдат създадени. Самото свързване на тези светове не е единствената преследвана цел. Има например. невроморфно инженерство, тенденция, насочена към пресъздаване на възможностите на машините човешки мозък, например по отношение на неговата енергийна ефективност.

Предвижда се, че до 2040 г. глобалните енергийни ресурси няма да могат да задоволят нашите изчислителни нужди, ако се придържаме към силициевите технологии. Ето защо има спешна необходимост от разработване на нови системи, които могат да обработват данни по-бързо и най-важното – по-енергийно ефективно. Учените отдавна знаят, че техниките за мимикрия могат да бъдат един от начините за постигане на тази цел. човешки мозък.

W силициеви компютри различни функции се изпълняват от различни физически обекти, което увеличава времето за обработка и причинява огромни топлинни загуби. За разлика от тях, невроните в мозъка могат едновременно да изпращат и получават информация през огромна мрежа с десет пъти по-високо напрежение от най-модерните ни компютри.

Основното предимство на мозъка пред неговите силициеви колеги е способността му да обработва данни паралелно. Всеки от невроните е свързан с хиляди други и всички те могат да действат като входове и изходи за данни. За да можем да съхраняваме и обработваме информация, както правим ние, е необходимо да се разработят физически материали, които могат бързо и плавно да преминават от състояние на проводимост към състояние на непредсказуемост, какъвто е случаят с невроните. 

Преди няколко месеца в списание Matter беше публикувана статия за изследване на материал с такива свойства. Учени от Тексаския университет A&M са създали нанопроводници от сложния символ β'-CuXV2O5, които демонстрират способността да се осцилират между състоянията на проводимост в отговор на промени в температурата, напрежението и тока.

При по-внимателно изследване беше установено, че тази способност се дължи на движението на медни йони в β'-CuxV2O5, което причинява движение на електрони и променя проводимите свойства на материала. За да се контролира това явление, в β'-CuxV2O5 се генерира електрически импулс, много подобен на този, който се получава, когато биологичните неврони изпращат сигнали един към друг. Нашият мозък функционира, като задейства определени неврони в ключови моменти в уникална последователност. Последователност от невронни събития води до обработка на информация, независимо дали става дума за извикване на спомен или извършване на физическа активност. Схемата с β'-CuxV2O5 ще работи по същия начин.

Твърд диск в ДНК

Друга област на изследване са изследвания, базирани на биология. методи за съхранение на данни. Една от идеите, която също многократно описахме в МТ, е следната. съхранение на данни в ДНК, се счита за обещаваща, изключително компактна и стабилна среда за съхранение (3). Наред с други, има решения, които позволяват съхраняване на данни в геномите на живите клетки.

До 2025 г. се смята, че почти петстотин екзабайта данни ще се произвеждат всеки ден по целия свят. Съхраняването им може бързо да стане непрактично за използване. традиционна силициева технология. Информационната плътност в ДНК е потенциално милиони пъти по-висока от тази на конвенционалните твърди дискове. Смята се, че един грам ДНК може да съдържа до 215 милиона гигабайта. Освен това е много стабилен, когато се съхранява правилно. През 2017 г. учените извадиха пълния геном на изчезнал вид кон, живял преди 700 XNUMX години, а миналата година беше прочетена ДНК от мамут, живял преди милион години.

Основната трудност е да се намери начин съединение дигитален свят i данни с биохимичния свят на гените. В момента става дума за синтез на ДНК в лабораторията и въпреки че разходите спадат бързо, това все още е трудна и скъпа задача. Веднъж синтезирани, последователностите трябва да бъдат внимателно съхранявани in vitro, докато са готови за повторна употреба или могат да бъдат въведени в живи клетки с помощта на технологията за редактиране на гени CRISPR.

Изследователи от Колумбийския университет демонстрираха нов подход, който позволява директно преобразуване цифрови електронни сигнали в генетичните данни, съхранявани в геномите на живите клетки. „Представете си клетъчни твърди дискове, които могат да изчисляват и физически преконфигурират в реално време“, каза Харис Уанг, един от членовете на екипа на Singularity Hub. "Ние вярваме, че първата стъпка е да можем директно да кодираме двоични данни в клетките, без да е необходим in vitro синтез на ДНК."

Работата се основава на базиран на CRISPR клетъчен рекордер, който фургон разработен по-рано за бактерия E. coli, която открива наличието на определени ДНК последователности вътре в клетката и записва този сигнал в генома на организма. Системата има базиран на ДНК "сензорен модул", който реагира на определени биологични сигнали. Уанг и колегите му адаптираха сензорния модул за работа с биосензор, разработен от друг екип, който от своя страна реагира на електрически сигнали. В крайна сметка това позволи на изследователите директно кодиране на цифрова информация в бактериалния геном. Количеството данни, което една клетка може да съхранява е доста малко, само три бита.

Така учените откриха начин да кодират 24 различни бактериални популации с различни 3-битови части от данни едновременно, за общо 72 бита. Те го използваха за кодиране на съобщения „Здравей, свят!“. в бактерии. и показа, че чрез подреждане на обединената популация и използване на специално проектиран класификатор, те могат да прочетат съобщението с 98 процента точност. 

Очевидно 72 бита е далеч от капацитета. масово съхранение модерни твърди дискове. Учените обаче смятат, че решението може бързо да се мащабира. Съхранение на данни в клетки според учените е много по-евтино от другите методи кодиране в генитезащото можете просто да отглеждате повече клетки, вместо да преминавате през сложен синтез на изкуствена ДНК. Клетките също имат естествена способност да защитават ДНК от увреждане на околната среда. Те демонстрираха това чрез добавяне на клетки от E. coli към нестерилизирана почва за саксии и след това надеждно извличане на цялото 52-битово съобщение от тях чрез секвениране на свързаната с почвата микробна общност. Учените също са започнали да проектират ДНК на клетките, така че да могат да извършват логически и паметови операции.

4. Визия за трансхуманистичната сингулярност като следващ етап от еволюцията

интеграция компютърен специалист i телекомуникации тя е силно свързана с представите за трансхуманистична „сингулярност“, предсказани и от други футуристи (4). Интерфейси мозък-машина, синтетични неврони, съхранение на геномни данни - всичко това може да се развие в тази посока. Има само един проблем - това са всички методи и експерименти в много ранен етап на изследване. Така че тези, които се страхуват от това бъдеще, трябва да почиват в мир, а ентусиастите на интеграцията човек-машина трябва да се охладят.