Teknologi digital lebih dekat sedikit dengan biologi, DNA dan otak

Elon Musk memberi jaminan bahawa dalam masa terdekat orang akan dapat mencipta antara muka komputer otak yang lengkap. Sementara itu, kita mendengar dari semasa ke semasa tentang eksperimennya terhadap haiwan, pertama pada babi, dan baru-baru ini mengenai monyet. Idea bahawa Musk akan mendapat jalannya dan dapat menanam terminal komunikasi di kepala seseorang menarik minat sesetengah orang, menakutkan yang lain.

Dia bukan sahaja bekerja pada yang baru kasturi. Para saintis dari UK, Switzerland, Jerman dan Itali baru-baru ini mengumumkan hasil projek yang telah digabungkan neuron tiruan dengan semula jadi (satu). Semua ini dilakukan melalui Internet, yang membolehkan neuron biologi dan "silikon" berkomunikasi antara satu sama lain. Eksperimen itu melibatkan neuron yang semakin meningkat pada tikus, yang kemudiannya digunakan untuk memberi isyarat. Ketua kumpulan Stefano Vassanelli melaporkan bahawa saintis buat pertama kalinya berjaya menunjukkan bahawa neuron tiruan yang diletakkan pada cip boleh berhubung terus dengan yang biologi.

Penyelidik ingin mengambil kesempatan rangkaian saraf tiruan memulihkan fungsi kawasan otak yang rosak. Selepas dimasukkan ke dalam implan khas, neuron akan bertindak sebagai sejenis prostesis yang akan menyesuaikan diri dengan keadaan semula jadi otak. Anda boleh membaca lebih lanjut tentang projek itu sendiri dalam artikel dalam Laporan Saintifik.

Facebook mahu masuk ke dalam otak anda

Mereka yang takut dengan teknologi baru itu mungkin betul, terutamanya apabila kita mendengarnya, sebagai contoh, kita ingin memilih "kandungan" otak kita. Pada acara yang diadakan pada Oktober 2019 oleh pusat penyelidikan yang disokong Facebook Chan Zuckerberg BioHub, beliau bercakap tentang harapan untuk peranti mudah alih dikawal otak yang akan menggantikan tetikus dan papan kekunci. "Matlamatnya adalah untuk dapat mengawal objek dalam realiti maya atau ditambah dengan pemikiran anda," kata Zuckerberg, dipetik oleh CNBC. Facebook membeli CTRL-labs, sebuah syarikat permulaan yang membangunkan sistem antara muka otak-komputer, dengan harga hampir satu bilion dolar.

Kerja pada antara muka otak-komputer pertama kali diumumkan pada persidangan Facebook F8 pada tahun 2017. Mengikut rancangan jangka panjang syarikat, satu hari nanti peranti boleh pakai bukan invasif akan membolehkan pengguna tulis perkataan hanya dengan memikirkannya. Tetapi teknologi jenis ini masih di peringkat awal, terutamanya kerana kita bercakap tentang skrin sentuh, antara muka bukan invasif. “Keupayaan mereka untuk menterjemahkan apa yang berlaku di dalam otak kepada aktiviti motor adalah terhad. Untuk peluang yang hebat, sesuatu perlu ditanamkan,” kata Zuckerberg pada mesyuarat tersebut.

Adakah orang akan membenarkan diri mereka untuk "menanam sesuatu" untuk berhubung dengan orang yang terkenal dengan selera mereka yang tidak terkawal data peribadi dari facebook? (2) Mungkin orang seperti itu akan ditemui, terutamanya apabila dia menawarkan potongan artikel yang mereka tidak mahu baca. Pada Disember 2020, Facebook memberitahu pekerja ia sedang mengusahakan alat untuk meringkaskan maklumat supaya pengguna tidak perlu membacanya. Pada mesyuarat yang sama, beliau membentangkan rancangan lanjut untuk sensor saraf untuk mengesan pemikiran manusia dan menterjemahkannya ke dalam tindakan di laman web.

2. Otak dan antara muka Facebook

Komputer cekap otak diperbuat daripada apa?

Projek-projek ini bukan satu-satunya usaha yang perlu diwujudkan. Sambungan dunia ini bukanlah satu-satunya matlamat yang dikejar. Terdapat, sebagai contoh. kejuruteraan neuromorfik, trend yang bertujuan untuk mencipta semula keupayaan mesin otak manusia, sebagai contoh, dari segi kecekapan tenaganya.

Diramalkan menjelang 2040, sumber tenaga global tidak akan dapat memenuhi keperluan pengkomputeran kita jika kita berpegang kepada teknologi silikon. Oleh itu, terdapat keperluan mendesak untuk membangunkan sistem baharu yang boleh memproses data dengan lebih pantas dan, yang paling penting, lebih cekap tenaga. Para saintis telah lama mengetahui bahawa teknik meniru mungkin salah satu cara untuk mencapai matlamat ini. otak manusia.

W komputer silikon fungsi yang berbeza dilakukan oleh objek fizikal yang berbeza, yang meningkatkan masa pemprosesan dan menyebabkan kehilangan haba yang besar. Sebaliknya, neuron dalam otak boleh menghantar dan menerima maklumat secara serentak melalui rangkaian yang luas pada voltan sepuluh kali ganda daripada komputer paling canggih kita.

Kelebihan utama otak berbanding rakan silikonnya ialah keupayaannya memproses data secara selari. Setiap neuron disambungkan kepada beribu-ribu yang lain, dan kesemuanya boleh bertindak sebagai input dan output untuk data. Untuk dapat menyimpan dan memproses maklumat, seperti yang kita lakukan, adalah perlu untuk membangunkan bahan fizikal yang boleh dengan cepat dan lancar beralih daripada keadaan pengaliran kepada keadaan yang tidak dapat diramalkan, seperti halnya dengan neuron. 

Beberapa bulan yang lalu, satu artikel telah diterbitkan dalam jurnal Matter tentang kajian bahan dengan sifat sedemikian. Para saintis di Texas A&M University telah mencipta wayar nano daripada simbol kompaun β'-CuXV2O5 yang menunjukkan keupayaan untuk berayun antara keadaan pengaliran sebagai tindak balas kepada perubahan suhu, voltan dan arus.

Apabila diteliti lebih dekat, didapati keupayaan ini adalah disebabkan oleh pergerakan ion kuprum di seluruh β'-CuxV2O5, yang menyebabkan pergerakan elektron dan mengubah sifat konduktif bahan. Untuk mengawal fenomena ini, impuls elektrik dijana dalam β'-CuxV2O5, hampir sama dengan yang berlaku apabila neuron biologi menghantar isyarat antara satu sama lain. Otak kita berfungsi dengan menembak neuron tertentu pada masa penting dalam urutan yang unik. Urutan peristiwa saraf membawa kepada pemprosesan maklumat, sama ada mengingati ingatan atau melakukan aktiviti fizikal. Skim dengan β'-CuxV2O5 akan berfungsi dengan cara yang sama.

Cakera keras dalam DNA

Satu lagi bidang penyelidikan ialah penyelidikan berdasarkan biologi. kaedah penyimpanan data. Salah satu idea, yang telah kami huraikan berkali-kali dalam MT, adalah seperti berikut. penyimpanan data dalam DNA, dianggap sebagai medium penyimpanan yang menjanjikan, sangat padat dan stabil (3). Antara lain, terdapat penyelesaian yang membolehkan menyimpan data dalam genom sel hidup.

Menjelang 2025, dianggarkan hampir lima ratus exabait data akan dihasilkan setiap hari di seluruh dunia. Menyimpannya dengan cepat boleh menjadi tidak praktikal untuk digunakan. teknologi silikon tradisional. Ketumpatan maklumat dalam DNA berpotensi berjuta-juta kali lebih tinggi daripada pemacu keras konvensional. Dianggarkan bahawa satu gram DNA boleh mengandungi sehingga 215 juta gigabait. Ia juga sangat stabil apabila disimpan dengan betul. Pada 2017, saintis mengekstrak genom lengkap spesies kuda yang telah pupus yang hidup 700 tahun lalu, dan tahun lepas, DNA dibaca daripada seekor raksasa yang hidup sejuta tahun dahulu.

Kesukaran utama adalah untuk mencari jalan sambungan dunia digital i data dengan dunia biokimia gen. Ia pada masa ini kira-kira sintesis DNA di makmal, dan walaupun kos menurun dengan cepat, ia masih merupakan tugas yang sukar dan mahal. Setelah disintesis, jujukan mesti disimpan dengan teliti secara in vitro sehingga sedia untuk digunakan semula atau boleh dimasukkan ke dalam sel hidup menggunakan teknologi penyuntingan gen CRISPR.

Penyelidik Universiti Columbia telah menunjukkan pendekatan baharu yang membolehkan penukaran langsung isyarat elektronik digital ke dalam data genetik yang disimpan dalam genom sel hidup. "Bayangkan pemacu keras selular yang boleh mengira dan mengkonfigurasi semula secara fizikal dalam masa nyata," kata Harris Wang, salah seorang ahli pasukan Singularity Hub. "Kami percaya langkah pertama adalah dapat mengekod data binari secara langsung ke dalam sel tanpa memerlukan sintesis DNA in vitro."

Kerja ini berdasarkan perakam sel berasaskan CRISPR, yang Van sebelum ini dibangunkan untuk bakteria E. coli, yang mengesan kehadiran urutan DNA tertentu di dalam sel dan merekodkan isyarat ini dalam genom organisma. Sistem ini mempunyai "modul sensor" berasaskan DNA yang bertindak balas kepada isyarat biologi tertentu. Wang dan rakan-rakannya menyesuaikan modul sensor untuk berfungsi dengan biosensor yang dibangunkan oleh pasukan lain, yang seterusnya bertindak balas kepada isyarat elektrik. Akhirnya, ini membenarkan penyelidik pengekodan terus maklumat digital dalam genom bakteria. Jumlah data yang boleh disimpan oleh satu sel agak kecil, hanya tiga bit.

Jadi saintis menemui cara untuk mengekod 24 populasi bakteria yang berbeza dengan kepingan data 3-bit yang berbeza pada masa yang sama, dengan jumlah 72 bit. Mereka menggunakannya untuk mengekodkan mesej "Hello world!". dalam bakteria. dan menunjukkan bahawa dengan memesan populasi terkumpul dan menggunakan pengelas yang direka khas, mereka boleh membaca mesej dengan ketepatan 98 peratus. 

Jelas sekali, 72 bit jauh dari kapasiti. storan massa cakera keras moden. Walau bagaimanapun, saintis percaya bahawa penyelesaian itu boleh ditingkatkan dengan cepat. Menyimpan data dalam sel ia, menurut saintis, jauh lebih murah daripada kaedah lain pengekodan dalam genkerana anda hanya boleh mengembangkan lebih banyak sel daripada perlu berurusan dengan sintesis DNA buatan yang kompleks. Sel juga mempunyai keupayaan semula jadi untuk melindungi DNA daripada kerosakan alam sekitar. Mereka menunjukkan ini dengan menambahkan sel E. coli pada tanah pasu yang tidak disterilkan dan kemudian mengekstrak keseluruhan mesej 52-bit dengan pasti daripadanya dengan menyusun komuniti mikrob yang berkaitan dengan tanah. Para saintis juga telah mula mereka bentuk DNA sel supaya mereka boleh melakukan operasi logik dan ingatan.

4. Visi ketunggalan transhumanis sebagai peringkat evolusi seterusnya

integrasi Juruteknik Komputer i telekomunikasi ia sangat dikaitkan dengan tanggapan tentang "ketunggalan" transhumanis yang diramalkan oleh futuris lain juga (4). Antara muka mesin otak, neuron sintetik, penyimpanan data genomik - semua ini boleh berkembang ke arah ini. Terdapat hanya satu masalah - ini adalah semua kaedah dan eksperimen pada peringkat awal penyelidikan. Jadi mereka yang takut akan masa depan ini harus berehat dengan aman, dan peminat integrasi manusia-mesin harus menyejukkan diri.