Stafræn tækni er aðeins nær líffræði, DNA og heilanum

Elon Musk fullvissar um að í náinni framtíð muni fólk geta búið til fullkomið heila-tölvuviðmót. Í millitíðinni heyrum við af og til um tilraunir hans á dýrum, fyrst á svínum og nú nýlega á öpum. Hugmyndin um að Musk muni ná sínu fram og geta sett samskiptastöð í höfuðið á manni heillar suma, hræðir aðra.

Hann er ekki bara að vinna að nýju Musk. Vísindamenn frá Bretlandi, Sviss, Þýskalandi og Ítalíu kynntu nýlega niðurstöður verkefnis sem hefur sameinast gervi taugafrumur með náttúrulegum (einn). Allt er þetta gert í gegnum netið, sem gerir líffræðilegum og "kísil" taugafrumum kleift að eiga samskipti sín á milli. Tilraunin fólst í því að rækta taugafrumur í rottum, sem síðan voru notaðar til að senda boð. Hópstjóri Stefano Vassanelli greint frá því að vísindamönnum hafi í fyrsta sinn tekist að sýna fram á að gervi taugafrumur sem settar eru á flís geti tengst beint líffræðilegum.

Vísindamenn vilja nýta sér það gervi taugakerfi endurheimta eðlilega starfsemi skemmdra svæða heilans. Þegar þær hafa verið græddar í sérstaka ígræðslu munu taugafrumurnar virka sem eins konar gervilimir sem laga sig að náttúrulegum aðstæðum heilans. Nánar má lesa um verkefnið sjálft í grein í Scientific Reports.

Facebook vill komast inn í heilann þinn

Þeir sem eru hræddir við slíka nýja tækni geta haft rétt fyrir sér, sérstaklega þegar við heyrum að við viljum til dæmis velja "innihald" heilans. Á viðburði sem haldin var í október 2019 af Facebook-studda rannsóknarmiðstöðinni Chan Zuckerberg BioHub, talaði hann um vonir um heilastýrð færanleg tæki sem kæmu í stað músar og lyklaborðs. „Markmiðið er að geta stjórnað hlutum í sýndarveruleika eða auknum veruleika með hugsunum þínum,“ sagði Zuckerberg, sem CNBC vitnar í. Facebook keypti CTRL-labs, sprotafyrirtæki sem þróar heila-tölvuviðmótskerfi, fyrir tæpan milljarð dollara.

Vinna við heila-tölvuviðmótið var fyrst tilkynnt á Facebook F8 ráðstefnunni árið 2017. Samkvæmt langtímaáætlun fyrirtækisins, einn daginn munu ekki ífarandi klæðanleg tæki gera notendum kleift skrifaðu orð bara með því að hugsa þau. En svona tækni er enn á mjög frumstigi, sérstaklega þar sem við erum að tala um snertiviðmót sem ekki eru ífarandi. „Getu þeirra til að þýða það sem er að gerast í heilanum yfir í hreyfivirkni er takmörkuð. Fyrir frábær tækifæri þarf að græða eitthvað,“ sagði Zuckerberg á fyrrnefndum fundi.

Ætlar fólk að leyfa sér að "græða eitthvað inn" til að tengjast fólki sem er þekkt fyrir taumlausa matarlyst einkagögn frá facebook? (2) Kannski mun slíkt fólk finnast, sérstaklega þegar hann býður þeim klippur af greinum sem þeir vilja ekki lesa. Í desember 2020 sagði Facebook starfsmönnum að það væri að vinna að tóli til að draga saman upplýsingar svo notendur þyrftu ekki að lesa þær. Á sama fundi kynnti hann frekari áætlanir um tauganema til að greina hugsanir manna og þýða þær í aðgerðir á vefsíðunni.

2. Heilinn og viðmót Facebook

Úr hverju eru heila-duglegar tölvur gerðar?

Þessi verkefni eru ekki eina tilraunin sem þarf að skapa. Einungis tenging þessara heima er ekki eina markmiðið sem stefnt er að. Það eru td. taugamótunarverkfræði, stefna sem miðar að því að endurskapa getu véla mannsheilatd hvað varðar orkunýtingu þess.

Því er spáð að árið 2040 muni orkuauðlindir á heimsvísu ekki geta mætt tölvuþörf okkar ef við höldum okkur við kísiltækni. Því er brýn þörf á að þróa ný kerfi sem geta unnið úr gögnum hraðar og síðast en ekki síst orkusparandi. Vísindamenn hafa lengi vitað að hermitækni gæti verið ein leið til að ná þessu markmiði. mannsheila.

W sílikon tölvur mismunandi aðgerðir eru gerðar af mismunandi líkamlegum hlutum, sem eykur vinnslutímann og veldur miklu hitatapi. Aftur á móti geta taugafrumurnar í heilanum sent og tekið á móti upplýsingum um víðáttumikið net samtímis á tífaldri spennu en fullkomnustu tölvur okkar.

Helsti kostur heilans umfram sílikon hliðstæða hans er geta hans til að vinna úr gögnum samhliða. Hver taugafruma er tengd við þúsundir annarra og allar geta þær virkað sem inntak og úttak fyrir gögn. Til að geta geymt og unnið úr upplýsingum, eins og við gerum, er nauðsynlegt að þróa eðlisfræðileg efni sem geta breyst hratt og vel úr leiðniástandi yfir í ófyrirsjáanlegt ástand, eins og raunin er með taugafrumur. 

Fyrir nokkrum mánuðum birtist grein í tímaritinu Matter um rannsókn á efni með slíka eiginleika. Vísindamenn við Texas A&M háskólann hafa búið til nanóvíra úr samsettu tákninu β'-CuXV2O5 sem sýna fram á getu til að sveiflast á milli leiðniástanda til að bregðast við breytingum á hitastigi, spennu og straumi.

Við nánari athugun kom í ljós að þessi hæfileiki stafar af hreyfingu koparjóna um β'-CuxV2O5, sem veldur rafeindahreyfing og breytir leiðandi eiginleikum efnisins. Til að stjórna þessu fyrirbæri myndast rafboð í β'-CuxV2O5, mjög lík þeirri sem verður þegar líffræðilegar taugafrumur senda merki sín á milli. Heilinn okkar starfar með því að skjóta ákveðnum taugafrumum á lykiltímum í einstakri röð. Röð taugaatburða leiðir til úrvinnslu upplýsinga, hvort sem það er að rifja upp minni eða framkvæma líkamlega virkni. Kerfið með β'-CuxV2O5 mun virka á sama hátt.

Harður diskur í DNA

Annað svið rannsókna er rannsóknir byggðar á líffræði. gagnageymsluaðferðir. Ein af hugmyndunum, sem við höfum líka lýst mörgum sinnum í MT, er eftirfarandi. geymsla gagna í DNA, þykir efnilegur, einstaklega fyrirferðarlítill og stöðugur geymslumiðill (3). Meðal annars eru til lausnir sem gera kleift að geyma gögn í erfðamengi lifandi frumna.

Árið 2025 er áætlað að næstum fimm hundruð exabæti af gögnum verði framleidd á hverjum degi um allan heim. Geymsla þeirra getur fljótt orðið óhagkvæm í notkun. hefðbundin sílikontækni. Upplýsingaþéttleiki DNA er hugsanlega milljón sinnum hærri en hefðbundinna harða diska. Talið er að eitt gramm af DNA geti innihaldið allt að 215 milljónir gígabæta. Það er líka mjög stöðugt þegar það er geymt á réttan hátt. Árið 2017 drógu vísindamenn út allt erfðamengi útdauðrar hrossategundar sem var uppi fyrir 700 árum og í fyrra var DNA lesið úr mammút sem lifði fyrir milljón árum.

Helsti erfiðleikinn er að finna leið efnasamband stafrænn heim i gögn með lífefnafræðilegum heimi gena. Það er nú um DNA nýmyndun í rannsóknarstofunni og þó að kostnaður fari hratt lækkandi er það samt erfitt og kostnaðarsamt verkefni. Þegar þær hafa verið tilbúnar þarf að geyma raðir vandlega in vitro þar til þær eru tilbúnar til endurnotkunar eða hægt er að setja þær inn í lifandi frumur með CRISPR genabreytingartækni.

Vísindamenn Columbia háskólans hafa sýnt fram á nýja nálgun sem gerir bein viðskipti stafræn rafræn merki inn í erfðafræðileg gögn sem geymd eru í erfðamengi lifandi frumna. „Ímyndaðu þér farsíma harða diska sem geta reiknað og endurstillt líkamlega í rauntíma,“ sagði Harris Wang, einn af liðsmönnum Singularity Hub. "Við teljum að fyrsta skrefið sé að geta umritað tvíundir gögn beint inn í frumur án þess að þörf sé á in vitro DNA nýmyndun."

Verkið er byggt á CRISPR-undirstaða frumuupptökutæki, sem Wang áður þróað fyrir E. coli bakteríur, sem greinir tilvist ákveðinna DNA raða inni í frumunni og skráir þetta merki í erfðamengi lífverunnar. Kerfið er með DNA-undirstaða „skynjaraeiningu“ sem bregst við ákveðnum líffræðilegum merkjum. Wang og samstarfsmenn hans aðlöguðu skynjaraeininguna til að vinna með lífskynjara sem þróaður var af öðru teymi, sem aftur bregst við rafboðum. Að lokum gerði þetta rannsakendum kleift bein kóðun stafrænna upplýsinga í erfðamengi bakteríu. Gagnamagnið sem ein fruma getur geymt er frekar lítið, aðeins þrír bitar.

Þannig að vísindamennirnir fundu leið til að kóða 24 mismunandi bakteríuhópa með mismunandi 3-bita gögnum á sama tíma, samtals 72 bita. Þeir notuðu það til að umrita „Halló heimur!“ skilaboð. í bakteríum. og sýndi fram á að með því að raða saman hópnum og nota sérhannaðan flokkara gætu þeir lesið skilaboðin með 98 prósent nákvæmni. 

Augljóslega er 72 bita langt frá getu. fjöldageymsla nútíma harða diska. Hins vegar telja vísindamenn að hægt sé að stækka lausnina fljótt. Geymsla gagna í frumum það er, að sögn vísindamanna, mun ódýrara en aðrar aðferðir kóða í genumvegna þess að þú getur bara ræktað fleiri frumur í stað þess að fara í gegnum flókna gervi DNA nýmyndun. Frumur hafa einnig náttúrulega getu til að vernda DNA fyrir umhverfisspjöllum. Þeir sýndu þetta með því að bæta E. coli frumum við ósótthreinsaðan pottajarðveg og draga síðan út alla 52-bita skilaboðin frá þeim á áreiðanlegan hátt með því að raða upp tengdu örverusamfélagi jarðvegsins. Vísindamenn eru einnig farnir að hanna DNA frumna þannig að þær geti framkvæmt rök- og minnisaðgerðir.

4. Sýn um transhumanista sérstöðu sem næsta stig þróunar

sameining tölvufræðingur i fjarskipti það er sterklega tengt hugmyndum um transhumanískan „einkennd“ sem aðrir framtíðarsinnar spá líka fyrir um (4). Heila-vél tengi, tilbúnar taugafrumur, geymsla erfðafræðilegra gagna - allt þetta getur þróast í þessa átt. Það er aðeins eitt vandamál - þetta eru allar aðferðir og tilraunir á mjög fyrstu stigum rannsókna. Þannig að þeir sem óttast þessa framtíð ættu að hvíla í friði og áhugafólk um samþættingu manna og véla ætti að kæla sig.