Tehnologia digitală este puțin mai aproape de biologie, ADN și creier

Elon Musk asigură că în viitorul apropiat oamenii vor putea crea o interfață cu drepturi depline creier-calculator. Între timp, auzim din când în când despre experimentele lui pe animale, mai întâi pe porci, iar mai nou pe maimuțe. Ideea că Musk își va ajunge și va putea implanta un terminal de comunicare în capul unei persoane îi fascinează pe unii, îi sperie pe alții.

El nu lucrează doar la un nou Mosc. Oamenii de știință din Marea Britanie, Elveția, Germania și Italia au anunțat recent rezultatele unui proiect care a combinat neuroni artificiali cu naturali (unu). Toate acestea se realizează prin intermediul internetului, care permite neuronilor biologici și „de siliciu” să comunice între ei. Experimentul a implicat creșterea neuronilor la șobolani, care au fost apoi utilizați pentru semnalizare. Lider de grup Stefano Vassanelli au raportat că oamenii de știință au reușit pentru prima dată să demonstreze că neuronii artificiali plasați pe un cip pot fi conectați direct cu cei biologici.

Cercetătorii vor să profite rețele neuronale artificiale restabilește buna funcționare a zonelor afectate ale creierului. După ce vor fi introduși într-un implant special, neuronii vor acționa ca un fel de proteză care se va adapta la condițiile naturale ale creierului. Puteți citi mai multe despre proiect în sine într-un articol din Rapoarte științifice.

Facebook vrea să intre în creierul tău

Cei cărora le este frică de o asemenea tehnologie nouă poate avea dreptate, mai ales când auzim că, de exemplu, ne-ar plăcea să alegem „conținutul” creierului nostru. La un eveniment organizat în octombrie 2019 de centrul de cercetare susținut de Facebook Chan Zuckerberg BioHub, el a vorbit despre speranțele pentru dispozitive portabile controlate de creier, care să înlocuiască mouse-ul și tastatura. „Scopul este să poți controla obiectele în realitate virtuală sau augmentată cu gândurile tale”, a spus Zuckerberg, citat de CNBC. Facebook a cumpărat CTRL-labs, un startup care dezvoltă sisteme de interfață creier-calculator, pentru aproape un miliard de dolari.

Lucrările la interfața creier-calculator au fost anunțate pentru prima dată la conferința Facebook F8 din 2017. Conform planului pe termen lung al companiei, dispozitivele portabile neinvazive vor permite utilizatorilor să scrie cuvinte doar gândindu-le. Dar acest tip de tehnologie este încă într-un stadiu foarte incipient, mai ales că vorbim de interfețe tactile, non-invazive. „Abilitatea lor de a traduce ceea ce se întâmplă în creier în activitate motrică este limitată. Pentru oportunități mari, ceva trebuie să fie implantat”, a spus Zuckerberg la întâlnirea menționată mai sus.

Își vor permite oamenii să „implanteze ceva” pentru a intra în legătură cu oameni cunoscuți pentru apetitul lor nestăpânit? date private de pe facebook? (2) Poate se vor găsi astfel de oameni, mai ales când le oferă tăieturi din articole pe care nu vor să le citească. În decembrie 2020, Facebook le-a spus angajaților că lucrează la un instrument pentru a rezuma informațiile, astfel încât utilizatorii să nu fie nevoiți să le citească. La aceeași întâlnire, el a prezentat planuri suplimentare pentru un senzor neuronal care să detecteze gândurile umane și să le transpună în acțiuni pe site.

2. Creierul și interfețele Facebook

Din ce sunt făcute calculatoarele eficiente pentru creier?

Aceste proiecte nu sunt singurele eforturi care trebuie create. Simpla conexiune a acestor lumi nu este singurul scop urmărit. Există, de exemplu. inginerie neuromorfă, o tendință care vizează recrearea capacităților mașinilor creier uman, de exemplu, în ceea ce privește eficiența sa energetică.

Se prevede că până în 2040, resursele energetice globale nu vor putea satisface nevoile noastre de calcul dacă rămânem la tehnologiile cu siliciu. Prin urmare, există o nevoie urgentă de a dezvolta noi sisteme care să poată procesa datele mai rapid și, cel mai important, mai eficient energetic. Oamenii de știință știu de mult că tehnicile de mimetizare pot fi o modalitate de a atinge acest obiectiv. creier uman.

W calculatoare cu siliciu diferite funcții sunt îndeplinite de diferite obiecte fizice, ceea ce crește timpul de procesare și provoacă pierderi uriașe de căldură. În schimb, neuronii din creier pot trimite și primi simultan informații printr-o rețea vastă la tensiunea de zece ori mai mare decât cea mai avansată a computerelor noastre.

Principalul avantaj al creierului față de omologii săi din siliciu este capacitatea sa de a procesa date în paralel. Fiecare dintre neuroni este conectat la mii de alții și toți pot acționa ca intrări și ieșiri pentru date. Pentru a putea stoca și procesa informații, așa cum facem noi, este necesar să dezvoltăm materiale fizice care să poată trece rapid și fără probleme de la o stare de conducere la o stare de imprevizibilitate, așa cum este cazul neuronilor. 

În urmă cu câteva luni, în revista Matter a fost publicat un articol despre studiul unui material cu astfel de proprietăți. Oamenii de știință de la Universitatea Texas A&M au creat nanofire din simbolul compus β'-CuXV2O5 care demonstrează capacitatea de a oscila între stările de conducție ca răspuns la schimbările de temperatură, tensiune și curent.

La o examinare mai atentă, s-a constatat că această capacitate se datorează mișcării ionilor de cupru în β'-CuxV2O5, care provoacă mișcarea electronilor și modifică proprietățile conductoare ale materialului. Pentru a controla acest fenomen, în β'-CuxV2O5 este generat un impuls electric, foarte asemănător cu cel care apare atunci când neuronii biologici își trimit semnale unul altuia. Creierul nostru funcționează activând anumiți neuroni în momente cheie într-o secvență unică. O secvență de evenimente neuronale duce la procesarea informațiilor, fie că este vorba de amintirea unei amintiri sau de efectuarea unei activități fizice. Schema cu β'-CuxV2O5 va funcționa în același mod.

Hard disk în ADN

Un alt domeniu de cercetare este cercetarea bazată pe biologie. metode de stocare a datelor. Una dintre idei, pe care am descris-o și noi de multe ori în MT, este următoarea. stocarea datelor în ADN, este considerat un mediu de stocare promițător, extrem de compact și stabil (3). Printre altele, există soluții care permit stocarea datelor în genomul celulelor vii.

Până în 2025, se estimează că aproape cinci sute de exaocteți de date vor fi produși în fiecare zi în întreaga lume. Depozitarea acestora poate deveni rapid impracticabil de utilizat. tehnologie tradițională de siliciu. Densitatea informațiilor din ADN este potențial de milioane de ori mai mare decât cea a hard disk-urilor convenționale. Se estimează că un gram de ADN poate conține până la 215 milioane de gigaocteți. De asemenea, este foarte stabil atunci când este depozitat corespunzător. În 2017, oamenii de știință au extras genomul complet al unei specii de cai dispărute care a trăit acum 700 de ani, iar anul trecut, ADN-ul a fost citit de la un mamut care a trăit acum un milion de ani.

Principala dificultate este să găsești o cale compus lumea digitală i date cu lumea biochimică a genelor. În prezent este vorba despre sinteza ADN-ului în laborator și, deși costurile scad rapid, este încă o sarcină dificilă și costisitoare. Odată sintetizate, secvențele trebuie păstrate cu atenție in vitro până când sunt gata pentru reutilizare sau pot fi introduse în celulele vii folosind tehnologia de editare a genelor CRISPR.

Cercetătorii de la Universitatea Columbia au demonstrat o nouă abordare care permite conversia directă semnale electronice digitale în datele genetice stocate în genomul celulelor vii. „Imaginați-vă hard disk-uri celulare care pot calcula și reconfigura fizic în timp real”, a spus Harris Wang, unul dintre membrii echipei Singularity Hub. „Credem că primul pas este posibilitatea de a codifica direct datele binare în celule, fără a fi nevoie de sinteza ADN in vitro”.

Lucrarea se bazează pe un înregistrator celular bazat pe CRISPR, care Wang dezvoltat anterior pentru bacteriile E. coli, care detectează prezența anumitor secvențe de ADN în interiorul celulei și înregistrează acest semnal în genomul organismului. Sistemul are un „modul senzor” bazat pe ADN, care răspunde la anumite semnale biologice. Wang și colegii săi au adaptat modulul senzorului pentru a funcționa cu un biosenzor dezvoltat de o altă echipă, care, la rândul său, răspunde la semnalele electrice. În cele din urmă, acest lucru a permis cercetătorilor codificarea directă a informațiilor digitale în genomul bacterian. Cantitatea de date pe care o celulă o poate stoca este destul de mică, doar trei biți.

Așadar, oamenii de știință au găsit o modalitate de a codifica 24 de populații bacteriene distincte cu date diferite de 3 biți în același timp, pentru un total de 72 de biți. L-au folosit pentru a codifica mesajele „Hello world!”. în bacterii. și au arătat că, ordonând populația grupată și folosind un clasificator special conceput, ei ar putea citi mesajul cu o acuratețe de 98%. 

Evident, 72 de biți este departe de capacitate. stocare în masă hard disk-uri moderne. Cu toate acestea, oamenii de știință cred că soluția poate fi scalată rapid. Stocarea datelor în celule este, potrivit oamenilor de știință, mult mai ieftin decât alte metode codificarea în genepentru că poți să crești mai multe celule în loc să treci printr-o sinteză artificială complicată a ADN-ului. Celulele au, de asemenea, o capacitate naturală de a proteja ADN-ul de deteriorarea mediului. Ei au demonstrat acest lucru prin adăugarea de celule E. coli la pământ de ghiveci nesterilizat și apoi extragerea în mod fiabil a întregului mesaj de 52 de biți din ele, secvenționând comunitatea microbiană asociată solului. Oamenii de știință au început, de asemenea, să proiecteze ADN-ul celulelor astfel încât acestea să poată efectua operații logice și de memorie.

4. Viziunea singularității transumaniste ca următoarea etapă a evoluției

integrare tehnician de calculator i telecomunicații este puternic asociată cu noțiunile de „singularitate” transumanistă prezisă și de alți futuriști (4). Interfețele creier-mașină, neuroni sintetici, stocarea datelor genomice - toate acestea se pot dezvolta în această direcție. Există o singură problemă - acestea sunt toate metodele și experimentele aflate în stadiul incipient al cercetării. Deci cei care se tem de acest viitor ar trebui să se odihnească în pace, iar pasionații integrării om-mașină ar trebui să se răcească.