Digitalna tehnologija je nekoliko bližje biologiji, DNK in možganom

Elon Musk zagotavlja, da bodo ljudje v bližnji prihodnosti lahko ustvarili popoln vmesnik možgani-računalnik. Vmes občasno slišimo o njegovih poskusih na živalih, najprej na prašičih, v zadnjem času pa tudi na opicah. Ideja, da bo Musk dosegel svoje in da bo lahko vsadil komunikacijski terminal v človekovo glavo, nekatere očara, druge prestraši.

Ne dela le na novem Mošus. Znanstveniki iz Združenega kraljestva, Švice, Nemčije in Italije so nedavno objavili rezultate projekta, ki je združil umetnih nevronov z naravnimi (1). Vse to poteka prek interneta, ki omogoča medsebojno komunikacijo bioloških in »silicijevih« nevronov. Poskus je vključeval gojenje nevronov pri podganah, ki so jih nato uporabili za signalizacijo. Vodja skupine Stefano Vassanelli je poročal, da je znanstvenikom prvič uspelo dokazati, da je mogoče umetne nevrone, nameščene na čip, neposredno povezati z biološkimi.

Raziskovalci želijo izkoristiti umetne nevronske mreže obnoviti pravilno delovanje poškodovanih predelov možganov. Ko bodo nevroni vsajeni v poseben vsadek, bodo delovali kot nekakšne proteze, ki se bodo prilagajale naravnim razmeram v možganih. Več o samem projektu si lahko preberete v članku v Scientific Reports.

Facebook hoče priti v vaše možgane

Tisti, ki se takšne nove tehnologije bojijo, imajo morda prav, sploh ko slišimo, da bi na primer radi sami izbirali »vsebino« svojih možganov. Na dogodku, ki ga je oktobra 2019 organiziral raziskovalni center Chan Zuckerberg BioHub, ki ga podpira Facebook, je govoril o upanjih za ročne naprave z možganskim nadzorom, ki bi nadomestile miško in tipkovnico. "Cilj je, da lahko s svojimi mislimi nadzorujete predmete v virtualni ali razširjeni resničnosti," je dejal Zuckerberg, ki ga citira CNBC. Facebook je za skoraj milijardo dolarjev kupil startup CTRL-labs, ki razvija sisteme vmesnikov med možgani in računalniki.

Delo na vmesniku možgani-računalnik je bilo prvič objavljeno na konferenci Facebook F8 leta 2017. Po dolgoročnem načrtu podjetja bodo nekoč neinvazivne nosljive naprave uporabnikom omogočale napišite besede samo tako, da nanje pomislite. Toda tovrstna tehnologija je še v zelo zgodnji fazi, sploh ker govorimo o dotičnih, neinvazivnih vmesnikih. »Njihova sposobnost prevajanja dogajanja v možganih v motorično aktivnost je omejena. Za velike priložnosti je treba nekaj vsaditi,« je na omenjenem srečanju dejal Zuckerberg.

Si bodo ljudje dovolili »vsaditi nekaj«, da bi se povezali z ljudmi, ki so znani po svojem nebrzdanem apetitu zasebni podatki s facebooka? (2) Morda se bodo takšni ljudje našli, še posebej, ko jim bo ponudil izreze člankov, ki jih nočejo brati. Decembra 2020 je Facebook zaposlenim povedal, da dela na orodju za povzemanje informacij, tako da jih uporabnikom ni treba brati. Na istem srečanju je predstavil nadaljnje načrte za nevronski senzor za zaznavanje človeških misli in njihovo prevajanje v dejanja na spletni strani.

2. Možgani in vmesniki Facebooka

Iz česa so narejeni možgansko učinkoviti računalniki?

Ti projekti niso edina prizadevanja, ki jih je treba ustvariti. Zgolj povezovanje teh svetov ni edini cilj, ki mu sledimo. Obstajajo npr. nevromorfni inženiring, trend, namenjen poustvarjanju zmogljivosti strojev človeški možgani, na primer v smislu njegove energetske učinkovitosti.

Predvideva se, da do leta 2040 svetovni energetski viri ne bodo mogli zadovoljiti naših računalniških potreb, če se bomo držali silicijevih tehnologij. Zato je nujno treba razviti nove sisteme, ki lahko hitreje in, kar je najpomembneje, energetsko učinkoviteje obdelujejo podatke. Znanstveniki že dolgo vedo, da so lahko tehnike posnemanja eden od načinov za dosego tega cilja. človeški možgani.

W silicijevi računalniki različne funkcije opravljajo različni fizični objekti, kar podaljšuje čas obdelave in povzroča velike toplotne izgube. Nasprotno pa lahko nevroni v možganih hkrati pošiljajo in sprejemajo informacije prek velikega omrežja pri desetkratni napetosti naših najnaprednejših računalnikov.

Glavna prednost možganov pred silicijevimi dvojniki je njihova sposobnost vzporedne obdelave podatkov. Vsak od nevronov je povezan s tisoči drugih in vsi lahko delujejo kot vhodi in izhodi za podatke. Da bi lahko shranjevali in obdelovali informacije, kot to počnemo, je treba razviti fizične materiale, ki lahko hitro in gladko prehajajo iz stanja prevodnosti v stanje nepredvidljivosti, kot je to v primeru nevronov. 

Pred nekaj meseci je bil v reviji Matter objavljen članek o preučevanju materiala s takšnimi lastnostmi. Znanstveniki na teksaški univerzi A&M so ustvarili nanožice iz sestavljenega simbola β'-CuXV2O5, ki prikazujejo sposobnost nihanja med stanji prevodnosti kot odgovor na spremembe temperature, napetosti in toka.

Po natančnejšem pregledu je bilo ugotovljeno, da je ta sposobnost posledica gibanja bakrovih ionov skozi β'-CuxV2O5, kar povzroča gibanje elektronov in spremeni prevodne lastnosti materiala. Za nadzor tega pojava se v β'-CuxV2O5 ustvari električni impulz, zelo podoben tistemu, ki se pojavi, ko biološki nevroni pošiljajo signale drug drugemu. Naši možgani delujejo tako, da sprožijo določene nevrone v ključnih trenutkih v edinstvenem zaporedju. Zaporedje nevronskih dogodkov vodi do obdelave informacij, ne glede na to, ali gre za priklic spomina ali izvajanje telesne dejavnosti. Shema z β'-CuxV2O5 bo delovala na enak način.

Trdi disk v DNK

Drugo področje raziskav so raziskave, ki temeljijo na biologiji. metode shranjevanja podatkov. Ena od idej, ki smo jo večkrat opisali tudi v MT, je naslednja. shranjevanje podatkov v DNK, velja za obetaven, izjemno kompakten in stabilen pomnilniški medij (3). Med drugim obstajajo rešitve, ki omogočajo shranjevanje podatkov v genome živih celic.

Do leta 2025 se ocenjuje, da bo po vsem svetu vsak dan proizvedenih skoraj petsto eksabajtov podatkov. Njihovo shranjevanje lahko hitro postane nepraktično za uporabo. tradicionalna tehnologija silicija. Gostota informacij v DNK je potencialno milijonkrat večja kot pri običajnih trdih diskih. Ocenjuje se, da lahko en gram DNK vsebuje do 215 milijonov gigabajtov. Ob pravilnem shranjevanju je tudi zelo stabilen. Leta 2017 so znanstveniki izluščili celoten genom izumrle vrste konj, ki je živela pred 700 leti, lani pa so prebrali DNK mamuta, ki je živel pred milijoni let.

Glavna težava je najti pot spojina digitalni svet i podatkov z biokemičnim svetom genov. Trenutno gre za sinteza DNK v laboratoriju, in čeprav stroški hitro padajo, je to še vedno težka in draga naloga. Ko so zaporedja sintetizirana, jih je treba skrbno shraniti in vitro, dokler niso pripravljena za ponovno uporabo ali jih je mogoče vnesti v žive celice s tehnologijo za urejanje genov CRISPR.

Raziskovalci univerze Columbia so pokazali nov pristop, ki omogoča neposredno pretvorbo digitalni elektronski signali v genetske podatke, shranjene v genomih živih celic. "Predstavljajte si celične trde diske, ki lahko računajo in fizično prekonfigurirajo v realnem času," je dejal Harris Wang, eden od članov ekipe Singularity Hub. "Verjamemo, da je prvi korak možnost neposrednega kodiranja binarnih podatkov v celice brez potrebe po in vitro sintezi DNA."

Delo temelji na zapisovalniku celic na osnovi CRISPR, ki Van predhodno razvit za bakterijo E. coli, ki zazna prisotnost določenih zaporedij DNK v celici in ta signal zabeleži v genomu organizma. Sistem ima "senzorski modul", ki temelji na DNK in se odziva na določene biološke signale. Wang in njegovi kolegi so senzorski modul prilagodili za delo z biosenzorjem, ki ga je razvila druga ekipa, ki se nato odziva na električne signale. Končno je to raziskovalcem omogočilo neposredno kodiranje digitalnih informacij v bakterijskem genomu. Količina podatkov, ki jih lahko shrani ena celica, je precej majhna, le tri bite.

Tako so znanstveniki našli način za kodiranje 24 različnih bakterijskih populacij z različnimi 3-bitnimi deli podatkov hkrati, za skupno 72 bitov. Uporabili so ga za kodiranje sporočil "Hello world!". v bakterijah. in pokazala, da lahko z urejanjem združene populacije in uporabo posebej zasnovanega klasifikatorja preberejo sporočilo z 98-odstotno natančnostjo. 

Očitno je 72 bitov daleč od zmogljivosti. masovno shranjevanje sodobni trdi diski. Vendar pa znanstveniki verjamejo, da je rešitev mogoče hitro povečati. Shranjevanje podatkov v celice je po mnenju znanstvenikov veliko cenejša od drugih metod kodiranje v genihker lahko samo vzgojite več celic, namesto da bi šli skozi zapleteno umetno sintezo DNK. Celice imajo tudi naravno sposobnost zaščititi DNK pred okoljsko škodo. To so dokazali z dodajanjem celic E. coli v nesterilizirano zemljo za lončke in nato zanesljivo ekstrahirali celotno 52-bitno sporočilo iz njih s sekvenciranjem mikrobne skupnosti, povezane s prstjo. Znanstveniki so prav tako začeli oblikovati DNK celic, tako da lahko izvajajo logične in spominske operacije.

4. Vizija transhumanistične singularnosti kot naslednje stopnje evolucije

integracijo računalniški tehnik i telekomunikacije močno je povezana s predstavami o transhumanistični »singularnosti«, ki so jo napovedovali tudi drugi futuristi (4). Vmesniki možgani-stroj, sintetični nevroni, shranjevanje genomskih podatkov – vse to se lahko razvija v tej smeri. Obstaja samo en problem - to so vse metode in poskusi na zelo zgodnji stopnji raziskovanja. Torej tisti, ki se bojite te prihodnosti, naj počivajo v miru, navdušenci nad integracijo človek-stroj pa naj se ohladijo.