Digital teknik är lite närmare biologi, DNA och hjärnan
Elon Musk försäkrar att människor inom en snar framtid kommer att kunna skapa ett fullfjädrat hjärn-dator-gränssnitt. Under tiden hör vi då och då om hans experiment på djur, först på grisar och på senare tid på apor. Tanken att Musk ska få sin vilja igenom och kunna implantera en kommunikationsterminal i en persons huvud fascinerar vissa, skrämmer andra.
Han jobbar inte bara på en ny Mysk. Forskare från Storbritannien, Schweiz, Tyskland och Italien tillkännagav nyligen resultaten av ett projekt som har kombinerats konstgjorda neuroner med naturliga (1). Allt detta görs via Internet, vilket gör att biologiska och "kisel"-neuroner kan kommunicera med varandra. Experimentet involverade odling av nervceller hos råttor, som sedan användes för signalering. Gruppledare Stefano Vassanelli rapporterade att forskare för första gången lyckades visa att artificiella neuroner placerade på ett chip kan kopplas direkt med biologiska.
Forskare vill dra fördel Artificiellt nervsystem återställa en korrekt funktion av skadade områden i hjärnan. När de väl har implanterats i ett speciellt implantat kommer neuronerna att fungera som en slags protes som anpassar sig till hjärnans naturliga förhållanden. Du kan läsa mer om själva projektet i en artikel i Scientific Reports.
Facebook vill komma in i din hjärna
De som är rädda för sådan ny teknik kan ha rätt, speciellt när vi hör att vi till exempel skulle vilja välja "innehållet" i vår hjärna. Vid ett evenemang som hölls i oktober 2019 av det Facebook-stödda forskningscentret Chan Zuckerberg BioHub, pratade han om förhoppningar om hjärnstyrda bärbara enheter som skulle ersätta musen och tangentbordet. "Målet är att kunna styra objekt i virtuell eller förstärkt verklighet med dina tankar", säger Zuckerberg, citerad av CNBC. Facebook köpte CTRL-labs, en startup som utvecklar hjärn-datorgränssnittssystem, för nästan en miljard dollar.
Arbetet med hjärn-datorgränssnittet tillkännagavs först vid Facebook F8-konferensen 2017. Enligt företagets långsiktiga plan kommer en dag icke-invasiva bärbara enheter att tillåta användare skriv ord bara genom att tänka på dem. Men den här typen av teknik är fortfarande i ett mycket tidigt skede, särskilt eftersom vi pratar om beröringsfria, icke-invasiva gränssnitt. "Deras förmåga att översätta det som händer i hjärnan till motorisk aktivitet är begränsad. För stora möjligheter måste något implanteras”, sa Zuckerberg vid det tidigare nämnda mötet.
Kommer folk tillåta sig själva att "implantera något" för att få kontakt med människor som är kända för sin otyglade aptit på privat data från facebook? (2) Kanske kommer sådana människor att hittas, särskilt när han erbjuder dem klipp av artiklar som de inte vill läsa. I december 2020 berättade Facebook för anställda att de arbetade på ett verktyg för att sammanfatta information så att användarna inte behöver läsa den. Vid samma möte presenterade han ytterligare planer för en neural sensor för att upptäcka mänskliga tankar och översätta dem till handlingar på en webbplats.
2. Facebooks hjärna och gränssnitt
Vad är hjärneffektiva datorer gjorda av?
Dessa projekt är inte de enda ansträngningarna som ska skapas. Blotta anslutningen av dessa världar är inte det enda målet som eftersträvas. Det finns t.ex. neuromorfisk ingenjörskonst, en trend som syftar till att återskapa maskinernas kapacitet mänsklig hjärnatill exempel när det gäller dess energieffektivitet.
Det förutspås att 2040 kommer globala energiresurser inte att kunna tillgodose våra datorbehov om vi håller oss till kiselteknologier. Därför finns det ett akut behov av att utveckla nya system som kan behandla data snabbare och, viktigast av allt, mer energieffektivt. Forskare har länge vetat att mimiktekniker kan vara ett sätt att uppnå detta mål. mänsklig hjärna.
W silikondatorer olika funktioner utförs av olika fysiska föremål, vilket ökar bearbetningstiden och orsakar enorma värmeförluster. Däremot kan nervcellerna i hjärnan samtidigt skicka och ta emot information över ett stort nätverk med tio gånger högre spänning än våra mest avancerade datorer.
Den största fördelen med hjärnan jämfört med dess kiselmotsvarigheter är dess förmåga att bearbeta data parallellt. Var och en av neuronerna är kopplade till tusentals andra, och alla kan fungera som in- och utdata för data. För att kunna lagra och bearbeta information, som vi gör, är det nödvändigt att utveckla fysiska material som snabbt och smidigt kan övergå från ett tillstånd av ledning till ett tillstånd av oförutsägbarhet, vilket är fallet med neuroner.
För några månader sedan publicerades en artikel i tidskriften Matter om studiet av ett material med sådana egenskaper. Forskare vid Texas A&M University har skapat nanotrådar från den sammansatta symbolen β'-CuXV2O5 som visar förmågan att oscillera mellan ledningstillstånd som svar på förändringar i temperatur, spänning och ström.
Vid närmare undersökning fann man att denna förmåga beror på förflyttning av kopparjoner genom β'-CuxV2O5, vilket orsakar elektronrörelse och ändrar materialets ledande egenskaper. För att kontrollera detta fenomen genereras en elektrisk impuls i β'-CuxV2O5, mycket lik den som uppstår när biologiska neuroner skickar signaler till varandra. Vår hjärna fungerar genom att avfyra vissa neuroner vid viktiga tidpunkter i en unik sekvens. En sekvens av neurala händelser leder till bearbetning av information, oavsett om det handlar om att återkalla ett minne eller att utföra en fysisk aktivitet. Schemat med β'-CuxV2O5 kommer att fungera på samma sätt.
Hårddisk i DNA
Ett annat forskningsområde är forskning baserad på biologi. datalagringsmetoder. En av idéerna, som vi också har beskrivit många gånger i MT, är följande. datalagring i DNA, anses vara ett lovande, extremt kompakt och stabilt lagringsmedium (3). Det finns bland annat lösningar som låter dig lagra data i levande cellers genom.
År 2025 uppskattas det att nästan femhundra exabyte data kommer att produceras varje dag över hela världen. Att förvara dem kan snabbt bli opraktiskt att använda. traditionell kiselteknik. Informationstätheten i DNA är potentiellt miljontals gånger högre än för konventionella hårddiskar. Det uppskattas att ett gram DNA kan innehålla upp till 215 miljoner gigabyte. Den är också mycket stabil när den förvaras på rätt sätt. 2017 extraherade forskare hela genomet från en utdöd hästart som levde för 700 XNUMX år sedan, och förra året lästes DNA från en mammut som levde för en miljon år sedan.
Den största svårigheten är att hitta ett sätt förening digital värld i data med den biokemiska världen av gener. Det handlar för närvarande om DNA-syntes i labbet, och även om kostnaderna sjunker snabbt, är det fortfarande en svår och kostsam uppgift. När de väl har syntetiserats måste sekvenser lagras noggrant in vitro tills de är redo för återanvändning eller kan introduceras i levande celler med hjälp av CRISPR-genredigeringsteknik.
Columbia University forskare har visat ett nytt tillvägagångssätt som tillåter direkt konvertering digitala elektroniska signaler in i de genetiska data som lagras i genomen av levande celler. "Föreställ dig cellulära hårddiskar som kan beräkna och fysiskt omkonfigurera i realtid", säger Harris Wang, en av Singularity Hub-teammedlemmarna. "Vi tror att det första steget är att direkt kunna koda binär data i celler utan behov av in vitro DNA-syntes."
Arbetet bygger på en CRISPR-baserad cellinspelare, som van tidigare utvecklad för E. coli-bakterier, som upptäcker förekomsten av vissa DNA-sekvenser inuti cellen och registrerar denna signal i organismens arvsmassa. Systemet har en DNA-baserad "sensormodul" som svarar på vissa biologiska signaler. Wang och hans kollegor anpassade sensormodulen för att fungera med en biosensor utvecklad av ett annat team, som i sin tur reagerar på elektriska signaler. I slutändan tillät detta forskarna direkt kodning av digital information i bakteriegenomet. Mängden data som en cell kan lagra är ganska liten, bara tre bitar.
Så forskarna hittade ett sätt att koda 24 distinkta bakteriepopulationer med olika 3-bitars data samtidigt, för totalt 72 bitar. De använde den för att koda "Hello world!"-meddelanden. i bakterier. och visade att genom att beställa den poolade befolkningen och använda en specialdesignad klassificerare kunde de läsa meddelandet med 98 procents noggrannhet.
Uppenbarligen är 72 bitar långt ifrån kapacitet. masslagring moderna hårddiskar. Men forskare tror att lösningen snabbt kan skalas. Lagra data i celler det är, enligt forskare, mycket billigare än andra metoder kodning i genereftersom du bara kan odla fler celler istället för att gå igenom komplicerad artificiell DNA-syntes. Celler har också en naturlig förmåga att skydda DNA från miljöskador. De visade detta genom att lägga till E. coli-celler i oseriliserad krukjord och sedan på ett tillförlitligt sätt extrahera hela 52-bitars meddelandet från dem genom att sekvensera jordens associerade mikrobiella gemenskap. Forskare har också börjat designa cellers DNA så att de kan utföra logiska operationer och minnesoperationer.
4. Vision om den transhumanistiska singulariteten som nästa steg i evolutionen
integration datortekniker i telekommunikation det är starkt förknippat med föreställningar om en transhumanistisk "singularitet" som också förutspås av andra futurister (4). Hjärna-maskin-gränssnitt, syntetiska neuroner, lagring av genomisk data - allt detta kan utvecklas i denna riktning. Det finns bara ett problem - det här är alla metoder och experiment i ett mycket tidigt skede av forskning. Så de som fruktar denna framtid bör vila i frid, och entusiasterna för integration mellan människa och maskin bör svalka sig.
