Digitalna tehnologija je malo bliža biologiji, DNK i mozgu

Elon Musk uvjerava da će ljudi u bliskoj budućnosti moći stvoriti punopravni interfejs mozak-računar. U međuvremenu, s vremena na vrijeme čujemo o njegovim eksperimentima na životinjama, prvo na svinjama, a nedavno i na majmunima. Ideja da će Musk postići svoj put i moći usaditi komunikacijski terminal u glavu jedne osobe fascinira, druge plaši.

On ne radi samo na novom Musk. Naučnici iz Velike Britanije, Švicarske, Njemačke i Italije nedavno su objavili rezultate projekta koji je kombinovao umjetni neuroni sa prirodnim (jedan). Sve se to radi preko interneta, koji omogućava biološkim i "silicijumskim" neuronima da međusobno komuniciraju. Eksperiment je uključivao uzgoj neurona kod pacova, koji su potom korišteni za signalizaciju. Vođa grupe Stefano Vassanelli objavili su da su naučnici po prvi put uspjeli pokazati da se umjetni neuroni smješteni na čipu mogu direktno povezati s biološkim.

Istraživači žele da iskoriste prednosti umjetne neuronske mreže vraćaju pravilno funkcionisanje oštećenih područja mozga. Nakon ugradnje u poseban implantat, neuroni će djelovati kao neka vrsta proteze 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 plaše takve nove tehnologije možda su u pravu, pogotovo kada čujemo da bismo, na primjer, željeli izabrati "sadržaj" našeg mozga. Na događaju koji je u oktobru 2019. godine održao istraživački centar Chan Zuckerberg BioHub koji podržava Facebook, on je govorio o nadama za prijenosne uređaje kontrolirane mozgom koji bi zamijenili miš i tastaturu. "Cilj je da svojim mislima možete kontrolisati objekte u virtuelnoj ili proširenoj stvarnosti", rekao je Zuckerberg, a prenosi CNBC. Facebook je kupio CTRL-labs, startup koji razvija sisteme interfejsa mozak-računar, za skoro milijardu dolara.

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

Hoće li ljudi dozvoliti sebi da „nešto usade“ kako bi se povezali sa ljudima poznatim po neobuzdanom apetitu za privatni podaci sa facebook-a? (2) Možda će se takvi ljudi naći, pogotovo kada im ponudi dijelove članaka koje ne žele čitati. U decembru 2020., Facebook je rekao zaposlenima da radi na alatu za sumiranje informacija tako da korisnici ne moraju da ih čitaju. Na istom sastanku je predstavio dalje planove za neuronski senzor za otkrivanje ljudskih misli i njihovo prevođenje u radnje na web stranici.

2. Mozak i sučelja Facebooka

Od čega se sastoje kompjuteri efikasni za mozak?

Ovi projekti nisu jedini napori koje treba kreirati. Samo povezivanje ovih svjetova nije jedini cilj kojem se teži. Postoje npr. neuromorfno inženjerstvo, trend koji ima za cilj rekreiranje sposobnosti mašina ljudski mozak, na primjer, u smislu njegove energetske efikasnosti.

Predviđa se da do 2040. globalni energetski resursi neće moći zadovoljiti naše računarske potrebe ako se držimo silicijumskih tehnologija. Stoga postoji hitna potreba za razvojem novih sistema koji mogu brže obraditi podatke i, što je najvažnije, energetski efikasnije. Naučnici odavno znaju da tehnike mimikrije mogu biti jedan od načina da se postigne ovaj cilj. ljudski mozak.

W silicijumski računari 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 ogromne mreže na deset puta većoj voltaži od naših najnaprednijih kompjutera.

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

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

Nakon detaljnijeg ispitivanja, ustanovljeno je da je ova sposobnost posljedica kretanja jona bakra kroz β'-CuxV2O5, što uzrokuje kretanje elektrona i mijenja svojstva provodljivosti materijala. Za kontrolu ovog fenomena, u β'-CuxV2O5 se generiše 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 nizu. Niz neuronskih događaja dovodi do obrade informacija, bilo da se radi o prisjećanju na sjećanje ili izvođenju fizičke aktivnosti. Šema sa β'-CuxV2O5 će raditi na isti način.

Tvrdi disk u DNK

Druga oblast istraživanja su istraživanja zasnovana na biologiji. metode skladištenja podataka. Jedna od ideja, koju smo takođe više puta opisali u MT-u, je sljedeća. skladištenje podataka u DNK, smatra se obećavajućim, izuzetno kompaktnim i stabilnim medijem za skladištenje podataka (3). Između ostalog, postoje rješenja koja omogućavaju pohranjivanje podataka u genome živih stanica.

Do 2025. procjenjuje se da će se gotovo petsto eksabajta podataka proizvoditi svaki dan širom svijeta. Njihovo skladištenje može brzo postati nepraktično za korištenje. tradicionalna tehnologija silikona. Gustoća informacija u DNK potencijalno je milione puta veća od one kod konvencionalnih tvrdih diskova. Procjenjuje se da jedan gram DNK može sadržavati do 215 miliona gigabajta. Takođe je vrlo stabilan kada se pravilno skladišti. Naučnici su 2017. godine izdvojili kompletan genom izumrle vrste konja koja je živjela prije 700 godina, a prošle godine je DNK očitan iz mamuta koji je živio prije milion godina.

Glavna poteškoća je pronaći način veza digitalni svijet i podataka sa biohemijskim svijetom gena. Trenutno se radi o DNK sinteza u laboratoriji, i iako troškovi brzo padaju, to je još uvijek težak i skup zadatak. Jednom sintetizirane, sekvence moraju biti pažljivo pohranjene in vitro dok ne budu spremne za ponovnu upotrebu ili se mogu uvesti u žive stanice korištenjem CRISPR tehnologije za uređivanje gena.

Istraživači sa Univerziteta Kolumbija demonstrirali su novi pristup koji omogućava direktnu konverziju digitalni elektronski signali u genetske podatke pohranjene u genomima živih ćelija. “Zamislite ćelijske čvrste diskove koji mogu računati i fizički rekonfigurirati u realnom vremenu,” rekao je Harris Wang, jedan od članova tima Singularity Hub. "Vjerujemo da je prvi korak mogućnost direktnog kodiranja binarnih podataka u ćelije bez potrebe za in vitro sintezom DNK."

Rad se zasniva na CRISPR-baziranom snimaču ćelija, koji Wang prethodno razvijena za bakteriju E. coli, koja detektuje prisustvo određenih DNK sekvenci unutar ćelije i bilježi ovaj signal u genomu organizma. Sistem ima "senzorski modul" zasnovan na DNK koji reaguje na određene biološke signale. Vang i njegove kolege prilagodili su senzorski modul za rad s biosenzorom koji je razvio drugi tim, a koji zauzvrat reagira na električne signale. Na kraju, to je omogućilo istraživačima direktno kodiranje digitalnih informacija u bakterijskom genomu. Količina podataka koju jedna ćelija može pohraniti je prilično mala, samo tri bita.

Tako su naučnici pronašli način da kodiraju 24 različite bakterijske populacije s različitim 3-bitnim dijelovima podataka u isto vrijeme, za ukupno 72 bita. Koristili su ga za kodiranje poruka "Zdravo, svijete!". u bakterijama. i pokazali su da su naređivanjem objedinjene populacije i korištenjem posebno dizajniranog klasifikatora mogli pročitati poruku sa 98 posto preciznosti. 

Očigledno, 72 bita je daleko od kapaciteta. masovno skladištenje savremeni hard diskovi. Međutim, naučnici vjeruju da se rješenje može brzo proširiti. Pohranjivanje podataka u ćelije to je, prema naučnicima, mnogo jeftinije od drugih metoda kodiranje u genimajer možete jednostavno uzgajati više ćelija umjesto da se bavite složenom sintezom umjetne DNK. Ćelije također imaju prirodnu sposobnost zaštite DNK od oštećenja okoline. Oni su to demonstrirali dodavanjem ćelija E. coli u nesterilizovano tlo za saksije, a zatim pouzdano izdvajanjem cele 52-bitne poruke iz njih sekvenciranjem mikrobne zajednice povezane sa tlu. Naučnici su također počeli dizajnirati DNK stanica tako da mogu obavljati logičke i memorijske operacije.

4. Vizija transhumanističke singularnosti kao sljedeće faze evolucije

integracija kompjuterski tehničar i telekomunikacije snažno je povezan s pojmovima transhumanističke "singularnosti" koju predviđaju i drugi futuristi (4). Interfejsi mozak-mašina, sintetički neuroni, skladištenje 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. Dakle, oni koji se plaše ove budućnosti treba da počivaju u miru, a entuzijasti integracije ljudi i mašina treba da se ohlade.