Digiteknologia on hieman lähempänä biologiaa, DNA:ta ja aivoja

Elon Musk vakuuttaa, että lähitulevaisuudessa ihmiset pystyvät luomaan täysimittaisen aivo-tietokone-rajapinnan. Tällä välin kuulemme aika ajoin hänen eläinkokeistaan, ensin sioilla ja viime aikoina apinoilla. Ajatus siitä, että Musk saa tahtonsa ja pystyy istuttamaan viestintäpäätteen ihmisen päähän, kiehtoo joitain, pelottaa toisia.

Hän ei työskentele vain uuden parissa Myski. Tiedemiehet Isosta-Britanniasta, Sveitsistä, Saksasta ja Italiasta ilmoittivat äskettäin yhdistetyn hankkeen tulokset keinotekoiset neuronit luonnollisilla (yksi). Kaikki tämä tapahtuu Internetin kautta, mikä mahdollistaa biologisten ja "piin" neuronien kommunikoinnin toistensa kanssa. Kokeessa kasvatettiin rotissa hermosoluja, joita käytettiin sitten signalointiin. Ryhmänjohtaja Stefano Vassanelli kertoi, että tutkijat onnistuivat ensimmäistä kertaa osoittamaan, että sirulle sijoitetut keinotekoiset neuronit voidaan yhdistää suoraan biologisiin.

Tutkijat haluavat hyötyä keinotekoiset neuroverkot palauttaa vaurioituneiden aivoalueiden oikean toiminnan. Kun neuronit on asetettu erityiseen implanttiin, ne toimivat eräänlaisena proteesina, joka mukautuu aivojen luonnollisiin olosuhteisiin. Voit lukea lisää itse projektista Scientific Reportsin artikkelista.

Facebook haluaa päästä aivoihisi

Uutta teknologiaa pelkäävät voivat olla oikeassa, varsinkin kun kuulemme, että esimerkiksi haluaisimme valita aivoidemme "sisällön". Facebookin tukeman tutkimuskeskuksen Chan Zuckerberg BioHubin järjestämässä tapahtumassa lokakuussa 2019 hän puhui toiveista saada aivoohjattuja kannettavia laitteita, jotka korvaisivat hiiren ja näppäimistön. "Tavoitteena on pystyä ohjaamaan esineitä virtuaalisessa tai lisätyssä todellisuudessa ajatuksella", Zuckerberg sanoi CNBC:n lainaamana. Facebook osti CTRL-labsin, startup-yrityksen, joka kehittää aivojen ja tietokoneiden rajapintajärjestelmiä lähes miljardilla dollarilla.

Aivojen ja tietokoneiden käyttöliittymän työstä julkistettiin ensimmäisen kerran Facebook F8 -konferenssissa vuonna 2017. Yhtiön pitkän aikavälin suunnitelman mukaan jonakin päivänä ei-invasiiviset puettavat laitteet antavat käyttäjille mahdollisuuden kirjoittaa sanoja vain ajattelemalla niitä. Mutta tällainen tekniikka on vielä hyvin varhaisessa vaiheessa, varsinkin kun puhumme kosketuksesta, ei-invasiivisista käyttöliittymistä. "Heidän kykynsä muuttaa aivoissa tapahtuva motorinen aktiivisuus on rajallinen. Suuria mahdollisuuksia varten jotain on istutettava", Zuckerberg sanoi edellä mainitussa kokouksessa.

Sallivatko ihmiset itsensä "istuttaa jotain" ollakseen yhteydessä ihmisiin, jotka tunnetaan hillittömästä halustaan yksityisiä tietoja Facebookista? (2) Ehkä sellaisia ​​ihmisiä löytyy, varsinkin kun hän tarjoaa heille pätkiä artikkeleista, joita he eivät halua lukea. Joulukuussa 2020 Facebook kertoi työntekijöilleen, että se työskentelee työkalun parissa, joka tiivistää tiedot, jotta käyttäjien ei tarvitse lukea niitä. Samassa tapaamisessa hän esitteli lisäsuunnitelmia hermosensorille, joka tunnistaa ihmisen ajatukset ja muuntaa ne toimiksi verkkosivulla.

2. Facebookin aivot ja käyttöliittymät

Mistä aivotehokkaat tietokoneet on tehty?

Nämä hankkeet eivät ole ainoita toteutettavia ponnisteluja. Pelkästään näiden maailmojen yhdistäminen ei ole ainoa tavoite. Niitä on esim. neuromorfinen suunnittelu, trendi, joka tähtää koneiden ominaisuuksien uudelleen luomiseen ihmisaivotesimerkiksi sen energiatehokkuuden kannalta.

On ennustettu, että vuoteen 2040 mennessä maailmanlaajuiset energiaresurssit eivät pysty vastaamaan laskentatarpeisiimme, jos pidämme kiinni piiteknologioista. Siksi on kiireellisesti kehitettävä uusia järjestelmiä, jotka pystyvät käsittelemään tietoja nopeammin ja mikä tärkeintä, energiatehokkaammin. Tiedemiehet ovat pitkään tienneet, että mimikritekniikat voivat olla yksi tapa saavuttaa tämä tavoite. ihmisaivot.

W silikonitietokoneet Fyysiset kohteet suorittavat erilaisia ​​toimintoja, mikä lisää käsittelyaikaa ja aiheuttaa valtavia lämpöhäviöitä. Sitä vastoin aivojen neuronit voivat samanaikaisesti lähettää ja vastaanottaa tietoa valtavan verkon yli kymmenen kertaa edistyneimpiin tietokoneihimme verrattuna.

Aivojen tärkein etu piikollegoihin verrattuna on niiden kyky käsitellä tietoja rinnakkain. Jokainen neuroneista on yhteydessä tuhansiin muihin, ja ne kaikki voivat toimia tiedon tuloina ja lähtöinä. Jotta voimme tallentaa ja käsitellä tietoa, kuten me teemme, on välttämätöntä kehittää fyysisiä materiaaleja, jotka voivat siirtyä nopeasti ja sujuvasti johtumistilasta arvaamattomaan tilaan, kuten neuronien tapauksessa. 

Muutama kuukausi sitten Matter-lehdessä julkaistiin artikkeli tällaisia ​​ominaisuuksia omaavan materiaalin tutkimisesta. Texas A&M -yliopiston tutkijat ovat luoneet nanolangat yhdistesymbolista β'-CuXV2O5, jotka osoittavat kyvyn värähtää johtavuustilojen välillä vasteena lämpötilan, jännitteen ja virran muutoksiin.

Tarkemmin tarkasteltuna havaittiin, että tämä kyky johtuu kupari-ionien liikkeestä β'-CuxV2O5:n läpi, mikä aiheuttaa elektronien liikettä ja muuttaa materiaalin johtavia ominaisuuksia. Tämän ilmiön hallitsemiseksi β'-CuxV2O5:ssä muodostetaan sähköinen impulssi, joka on hyvin samanlainen kuin se, joka syntyy, kun biologiset neuronit lähettävät signaaleja toisilleen. Aivomme toimivat laukaisemalla tiettyjä hermosoluja avainaikoina ainutlaatuisessa järjestyksessä. Neuraalitapahtumien sarja johtaa tiedon käsittelyyn, olipa kyse sitten muistin palauttamisesta tai fyysisen toiminnan suorittamisesta. Kaava β'-CuxV2O5:n kanssa toimii samalla tavalla.

Kiintolevy DNA:ssa

Toinen tutkimusalue on biologiaan perustuva tutkimus. tietojen tallennusmenetelmiä. Yksi idea, jonka olemme myös useaan otteeseen kuvailleet MT:ssä, on seuraava. tietojen tallentaminen DNA:han, pidetään lupaavana, erittäin kompaktina ja vakaana tallennusvälineenä (3). Tarjolla on muun muassa ratkaisuja, jotka mahdollistavat tiedon tallentamisen elävien solujen genomiin.

Vuoteen 2025 mennessä on arvioitu, että maailmanlaajuisesti tuotetaan lähes viisisataa eksatavua dataa päivittäin. Niiden säilyttäminen voi nopeasti muuttua epäkäytännölliseksi käyttää. perinteistä piitekniikkaa. DNA:n tietotiheys on mahdollisesti miljoonia kertoja suurempi kuin perinteisissä kiintolevyissä. On arvioitu, että yksi gramma DNA:ta voi sisältää jopa 215 miljoonaa gigatavua. Se on myös erittäin vakaa oikein säilytettynä. Vuonna 2017 tutkijat loivat 700 XNUMX vuotta sitten eläneen sukupuuttoon kuolleen hevoslajin täydellisen genomin, ja viime vuonna DNA:ta luettiin miljoona vuotta sitten eläneestä mammutista.

Suurin vaikeus on löytää keino yhdiste digitaalinen maailma i tietoa geenien biokemiallisesta maailmasta. Kyse on tällä hetkellä noin DNA-synteesi laboratoriossa, ja vaikka kustannukset laskevat nopeasti, se on silti vaikea ja kallis tehtävä. Syntetisoinnin jälkeen sekvenssit on säilytettävä huolellisesti in vitro, kunnes ne ovat valmiita uudelleenkäyttöön tai ne voidaan viedä eläviin soluihin käyttämällä CRISPR-geeninmuokkaustekniikkaa.

Columbian yliopiston tutkijat ovat osoittaneet uuden lähestymistavan, joka mahdollistaa suoran muuntamisen digitaaliset elektroniset signaalit elävien solujen genomiin tallennettuihin geneettisiin tietoihin. "Kuvittele matkapuhelimen kiintolevyjä, jotka voivat laskea ja määrittää fyysisesti uudelleen reaaliajassa", sanoi Harris Wang, yksi Singularity Hub -tiimin jäsenistä. "Uskomme, että ensimmäinen askel on kyetä koodaamaan binääridataa suoraan soluihin ilman in vitro DNA-synteesiä."

Työ perustuu CRISPR-pohjaiseen solutallentimeen, joka pakettiauto aiemmin kehitetty E. coli -bakteereille, joka havaitsee tiettyjen DNA-sekvenssien läsnäolon solun sisällä ja tallentaa tämän signaalin organismin genomiin. Järjestelmässä on DNA-pohjainen "sensorimoduuli", joka reagoi tiettyihin biologisiin signaaleihin. Wang ja hänen kollegansa mukauttivat anturimoduulin toimimaan toisen tiimin kehittämän biosensorin kanssa, joka puolestaan ​​reagoi sähköisiin signaaleihin. Lopulta tämä mahdollisti tutkijoille digitaalisen tiedon suora koodaus bakteerigenomissa. Datan määrä, jonka yksi solu voi tallentaa, on melko pieni, vain kolme bittiä.

Joten tutkijat löysivät tavan koodata 24 erillistä bakteeripopulaatiota eri 3-bittisillä tiedoilla samanaikaisesti, yhteensä 72 bittiä. He käyttivät sitä "Hei maailma!"-viestien koodaamiseen. bakteereissa. ja osoittivat, että järjestämällä yhdistetyn populaation ja käyttämällä erityisesti suunniteltua luokittelijaa he pystyivät lukemaan viestin 98 prosentin tarkkuudella. 

On selvää, että 72 bittiä on kaukana kapasiteetista. massamuisti nykyaikaiset kovalevyt. Tutkijat uskovat kuitenkin, että ratkaisu voidaan skaalata nopeasti. Tietojen tallentaminen soluihin se on tutkijoiden mukaan paljon halvempaa kuin muut menetelmät koodaus geeneissäkoska voit vain kasvattaa lisää soluja sen sijaan, että joutuisit käsittelemään monimutkaista keinotekoista DNA-synteesiä. Soluilla on myös luonnollinen kyky suojata DNA:ta ympäristövaurioilta. He osoittivat tämän lisäämällä E. coli -soluja steriloimattomaan istutusmaahan ja erottamalla niistä sitten luotettavasti koko 52-bittisen viestin sekvensoimalla maaperään liittyvän mikrobiyhteisön. Tiedemiehet ovat myös alkaneet suunnitella solujen DNA:ta niin, että ne voivat suorittaa loogisia ja muistitoimintoja.

4. Visio transhumanistisesta singulaarisuudesta evoluution seuraavana vaiheena

liittäminen tietokone teknikko i televiestintä se liittyy vahvasti myös muiden futuristien ennustamiin käsityksiin transhumanistisesta "singulaarisuudesta" (4). Aivojen ja koneen rajapinnat, synteettiset neuronit, genomitietojen tallennus - kaikki tämä voi kehittyä tähän suuntaan. On vain yksi ongelma - nämä ovat kaikki menetelmät ja kokeet tutkimuksen varhaisessa vaiheessa. Joten niiden, jotka pelkäävät tätä tulevaisuutta, tulisi levätä rauhassa, ja ihmisen ja koneen integraation harrastajien tulisi rauhoittua.