Digitalna tehnologija je malo bliža biologiji, DNK i mozgu

Elon Musk uvjerava da će ljudi u bliskoj budućnosti moći stvoriti potpuno sučelje mozak-računalo. U međuvremenu, s vremena na vrijeme čujemo o njegovim pokusima na životinjama, prvo na svinjama, a odnedavno i na majmunima. Ideja da će Musk postići svoj put i moći usaditi komunikacijski terminal u glavu neke osobe fascinira, druge plaši.

On ne radi samo na novom Mošus. Znanstvenici iz Velike Britanije, Švicarske, Njemačke i Italije nedavno su objavili rezultate projekta koji je objedinio umjetni neuroni s prirodnim (jedan). Sve se to radi putem interneta koji omogućuje međusobnu komunikaciju bioloških i "silicijskih" neurona. Eksperiment je uključivao rast neurona u štakora, koji su potom korišteni za signalizaciju. Vođa grupe Stefano Vassanelli izvijestili su da su znanstvenici po prvi put uspjeli pokazati da se umjetni neuroni postavljeni na čip mogu izravno povezati s biološkim.

Istraživači žele iskoristiti prednost umjetne neuronske mreže obnoviti pravilan rad oštećenih područja mozga. Nakon što se umetnu u poseban implantat, neuroni će djelovati kao svojevrsna proteza koja će se prilagoditi prirodnim uvjetima mozga. Više o samom projektu možete pročitati u članku u Scientific Reports.

Facebook želi ući u vaš mozak

Oni koji se boje takve nove tehnologije možda su u pravu, pogotovo kad čujemo da bismo, primjerice, željeli izabrati „sadržaj“ našeg mozga. Na događaju koji je u listopadu 2019. održao istraživački centar Chan Zuckerberg BioHub koji podržava Facebook, govorio je o nadama za prijenosne uređaje kontrolirane mozgom koji će zamijeniti miš i tipkovnicu. "Cilj je moći kontrolirati objekte u virtualnoj ili proširenoj stvarnosti svojim mislima", rekao je Zuckerberg, a prenosi CNBC. Facebook je kupio CTRL-labs, startup koji razvija sustave sučelja mozak-računalo, za gotovo milijardu dolara.

Rad na sučelju mozak-računalo prvi put je najavljen na Facebook F8 konferenciji 2017. godine. Prema dugoročnom planu tvrtke, jednog dana će to korisnicima omogućiti neinvazivni nosivi uređaji pišite riječi samo razmišljajući o njima. Ali ovakva tehnologija je još uvijek u vrlo ranoj fazi, pogotovo jer govorimo o dodirnim, neinvazivnim sučeljima. “Njihova sposobnost da prevedu ono što se događa u mozgu u motoričku aktivnost je ograničena. Za velike prilike treba nešto usaditi”, rekao je Zuckerberg na spomenutom sastanku.

Hoće li si ljudi dopustiti "nešto implantirati" kako bi se povezali s ljudima poznatim po neobuzdanom apetitu za privatni podaci s facebooka? (2) Možda će se takvi ljudi naći, pogotovo kada im ponudi dijelove članaka koje ne žele čitati. U prosincu 2020., Facebook je rekao zaposlenicima da radi na alatu za sažimanje informacija kako ih korisnici ne bi morali čitati. Na istom je sastanku predstavio daljnje planove za neuronski senzor za otkrivanje ljudskih misli i njihovo prevođenje u radnje na web stranici.

2. Mozak i sučelja Facebooka

Od čega su napravljena računala koja su učinkovita za mozak?

Ovi projekti nisu jedini napori koje treba stvoriti. Samo povezivanje ovih svjetova nije jedini cilj kojem se teži. Postoje npr. neuromorfno inženjerstvo, trend usmjeren na ponovno stvaranje sposobnosti strojeva ljudski mozak, na primjer, u smislu njegove energetske učinkovitosti.

Predviđa se da do 2040. globalni energetski resursi neće moći zadovoljiti naše računalne potrebe ako se držimo silicijevih tehnologija. Stoga postoji hitna potreba za razvojem novih sustava koji mogu brže obrađivati ​​podatke i, što je najvažnije, energetski učinkovitije. Znanstvenici već dugo znaju da tehnike oponašanja mogu biti jedan od načina za postizanje ovog cilja. ljudski mozak.

W silikonska računala različite funkcije obavljaju različiti fizički objekti, što povećava vrijeme obrade i uzrokuje velike gubitke topline. Nasuprot tome, neuroni u mozgu mogu istovremeno slati i primati informacije preko goleme mreže na deset puta većoj voltaži od naših najnaprednijih računala.

Glavna prednost mozga u odnosu na njegove silikonske kolege je njegova sposobnost paralelne obrade podataka. Svaki od neurona povezan je s tisućama drugih i svi oni mogu djelovati kao ulazi i izlazi za podatke. Kako bismo mogli pohranjivati ​​i obrađivati ​​informacije, kao što to radimo, potrebno je razviti fizičke materijale koji mogu brzo i glatko prijeći iz stanja vodljivosti u stanje nepredvidivosti, kao što je slučaj s neuronima. 

Prije nekoliko mjeseci u časopisu Matter objavljen je članak o proučavanju materijala s takvim svojstvima. Znanstvenici sa Sveučilišta Texas A&M stvorili su nanožice od spojnog simbola β'-CuXV2O5 koje pokazuju sposobnost osciliranja između stanja vodljivosti kao odgovor na promjene temperature, napona i struje.

Pobližim ispitivanjem ustanovljeno je da je ta sposobnost posljedica kretanja bakrenih iona kroz β'-CuxV2O5, što uzrokuje kretanje elektrona te mijenja vodljiva svojstva materijala. Kako bi se kontrolirao ovaj fenomen, u β'-CuxV2O5 se generira električni impuls, vrlo sličan onom koji se javlja kada biološki neuroni šalju signale jedni drugima. Naš mozak funkcionira tako što aktivira određene neurone u ključnim trenucima u jedinstvenom slijedu. Slijed neuronskih događaja dovodi do obrade informacija, bilo da se radi o prizivanju sjećanja ili izvođenju tjelesne aktivnosti. Shema s β'-CuxV2O5 će raditi na isti način.

Tvrdi disk u DNK

Drugo područje istraživanja su istraživanja temeljena na biologiji. metode pohrane podataka. Jedna od ideja, koju smo također više puta opisali u MT-u, je sljedeća. pohranjivanje podataka u DNK, smatra se obećavajućim, iznimno kompaktnim i stabilnim medijem za pohranu (3). Između ostalih, postoje rješenja koja omogućuju pohranjivanje podataka u genome živih stanica.

Do 2025. procjenjuje se da će se gotovo petsto eksabajta podataka proizvoditi svaki dan diljem svijeta. Njihovo pohranjivanje može brzo postati nepraktično za korištenje. tradicionalna tehnologija silicija. Gustoća informacija u DNK potencijalno je milijune puta veća od one kod konvencionalnih tvrdih diskova. Procjenjuje se da jedan gram DNK može sadržavati do 215 milijuna gigabajta. Također je vrlo stabilan kada se pravilno skladišti. Znanstvenici su 2017. godine izvukli kompletan genom izumrle vrste konja koja je živjela prije 700 godina, a prošle godine je DNK očitan s mamuta koji je živio prije milijun godina.

Glavna poteškoća je pronaći način spoj digitalni svijet i podataka s biokemijskim svijetom gena. Trenutno se radi o sinteza DNK u laboratoriju, i iako troškovi brzo padaju, to je još uvijek težak i skup zadatak. Nakon što se sintetiziraju, sekvence se moraju pažljivo pohraniti in vitro dok ne budu spremne za ponovnu upotrebu ili se mogu uvesti u žive stanice korištenjem CRISPR tehnologije za uređivanje gena.

Istraživači Sveučilišta Columbia demonstrirali su novi pristup koji omogućuje izravnu konverziju digitalni elektronički signali u genetske podatke pohranjene u genomima živih stanica. “Zamislite stanične tvrde diskove koji se mogu računati i fizički rekonfigurirati u stvarnom vremenu”, rekao je Harris Wang, jedan od članova tima Singularity Huba. "Vjerujemo da je prvi korak mogućnost izravnog kodiranja binarnih podataka u stanice bez potrebe za in vitro sintezom DNK."

Rad se temelji na CRISPR-u baziranom na snimaču ćelija, koji kombi prethodno razvijena za bakteriju E. coli, koja detektira prisutnost određenih sekvenci DNK unutar stanice i bilježi taj signal u genomu organizma. Sustav ima "senzorski modul" baziran na DNK koji reagira na određene biološke signale. Wang i njegovi kolege prilagodili su senzorski modul za rad s biosenzorom koji je razvio drugi tim, a koji zauzvrat reagira na električne signale. U konačnici, to je omogućilo istraživačima izravno kodiranje digitalnih informacija u bakterijskom genomu. Količina podataka koju jedna ćelija može pohraniti je prilično mala, samo tri bita.

Tako su znanstvenici pronašli način za kodiranje 24 različite bakterijske populacije s različitim 3-bitnim dijelovima podataka u isto vrijeme, za ukupno 72 bita. Koristili su ga za kodiranje poruka "Hello world!". u bakterijama. te su pokazali da su poredanjem okupljene populacije i korištenjem posebno dizajniranog klasifikatora mogli pročitati poruku s 98 posto točnosti. 

Očito, 72 bita je daleko od kapaciteta. masovno skladištenje moderni tvrdi diskovi. Međutim, znanstvenici vjeruju da se rješenje može brzo proširiti. Pohranjivanje podataka u ćelije to je, prema znanstvenicima, puno jeftinije od ostalih metoda kodiranje u genimajer jednostavno možete uzgajati više stanica umjesto da prolazite kroz kompliciranu sintezu umjetne DNK. Stanice također imaju prirodnu sposobnost zaštite DNK od oštećenja okoliša. To su demonstrirali dodavanjem stanica E. coli u nesterilizirano tlo za lonce, a zatim pouzdano izdvajanjem cijele 52-bitne poruke iz njih sekvenciranjem mikrobne zajednice povezane s tlom. Znanstvenici su također počeli dizajnirati DNK stanica tako da mogu izvoditi logičke i memorijske operacije.

4. Vizija transhumanističke singularnosti kao sljedeće faze evolucije

integracija računalni tehničar i telekomunikacija snažno je povezan s predodžbama o transhumanističkoj "singularnosti" koju predviđaju i drugi futuristi (4). Sučelja mozak-stroj, sintetski neuroni, pohrana genomskih podataka - sve se to može razvijati u tom smjeru. Postoji samo jedan problem - sve su to metode i eksperimenti u vrlo ranoj fazi istraživanja. Stoga bi oni koji se boje ove budućnosti trebali počivati ​​u miru, a entuzijasti integracije čovjeka i stroja trebali bi se ohladiti.