Сандық технология биологияға, ДНҚ-ға және миға сәл жақынырақ

Илон Маск жақын болашақта адамдар толыққанды ми-компьютер интерфейсін жасай алады деп сендіреді. Осы арада оның жануарларға, ең алдымен шошқаларға, соңғы кезде маймылдарға жасаған тәжірибелері туралы оқтын-оқтын естиміз. Маск өз жолын тауып, адамның басына байланыс терминалын орната алады деген ой біреулерді таң қалдырады, басқаларды қорқытады.

Ол тек жаңа жұмыс істеп жатқан жоқ Мускат. Жақында Ұлыбритания, Швейцария, Германия және Италия ғалымдары біріктірілген жобаның нәтижелерін жариялады. табиғи бар жасанды нейрондар (1). Мұның бәрі биологиялық және «кремний» нейрондардың бір-бірімен байланысуына мүмкіндік беретін Интернет арқылы жүзеге асырылады. Эксперимент егеуқұйрықтардағы нейрондарды өсіруді қамтыды, содан кейін олар сигнал беру үшін пайдаланылды. Топ басшысы Стефано Васанелли ғалымдар чипке орналастырылған жасанды нейрондардың биологиялық нейрондармен тікелей байланысы мүмкін екенін алғаш рет көрсете алғанын хабарлады.

Зерттеушілер артықшылықты пайдаланғысы келеді жасанды нейрондық желілер мидың зақымдалған аймақтарының дұрыс жұмысын қалпына келтіру. Арнайы имплантқа имплантацияланғаннан кейін нейрондар мидың табиғи жағдайларына бейімделетін протездің бір түрі ретінде әрекет етеді. Жобаның өзі туралы толығырақ Scientific Reports мақаласынан оқи аласыз.

Facebook сіздің миыңызға енгісі келеді

Мұндай жаңа технологиядан қорқатындар дұрыс шығар, әсіресе, біз, мысалы, миымыздың «мазмұнын» таңдағымыз келеді дегенді естігенде. 2019 жылдың қазан айында Facebook қолдау көрсететін зерттеу орталығы Чан Цукерберг BioHub өткізген іс-шарада ол тінтуір мен пернетақтаны алмастыратын ми басқаратын қол құрылғыларының үміті туралы айтты. «Мақсат - виртуалды немесе толықтырылған шындықтағы объектілерді өз ойларыңызбен басқара алу», - деді Цукерберг, CNBC келтірген. Facebook CTRL-labs, ми-компьютер интерфейсі жүйелерін жасайтын стартапты миллиардқа жуық долларға сатып алды.

Ми-компьютер интерфейсіндегі жұмыс алғаш рет 8 жылы Facebook F2017 конференциясында жарияланды. Компанияның ұзақ мерзімді жоспарына сәйкес, бір күні инвазивті емес киілетін құрылғылар пайдаланушыларға мүмкіндік береді сөздерді тек оларды ойлау арқылы жазыңыз. Бірақ технологияның бұл түрі әлі де өте ерте кезеңде, әсіресе біз сенсорлық, инвазивті емес интерфейстер туралы айтып жатқандықтан. «Олардың мида болып жатқанды қозғалыс белсенділігіне аудару мүмкіндігі шектеулі. Үлкен мүмкіндіктер үшін бір нәрсені имплантациялау керек», - деді Цукерберг жоғарыда аталған кездесуде.

Адамдар өздерінің шексіз тәбетімен танымал адамдармен байланысу үшін «бірдеңені имплантациялауға» рұқсат ете ме? Facebook-тен жеке деректер? (2) Мүмкін мұндай адамдар табылар, әсіресе ол оларға оқығысы келмейтін мақалалардың үзінділерін ұсынғанда. 2020 жылдың желтоқсанында Facebook қызметкерлеріне пайдаланушыларға оны оқудың қажеті болмас үшін ақпаратты жинақтау құралымен жұмыс істеп жатқанын айтты. Сол кездесуде ол адамның ойларын анықтап, оларды веб-сайтта әрекеттерге айналдыратын нейрондық сенсордың алдағы жоспарларын ұсынды.

2. Facebook-тің миы және интерфейстері

Миға тиімді компьютерлер неден жасалған?

Бұл жобалар жасалатын жалғыз күш емес. Бұл дүниелердің жай байланысы көздейтін жалғыз мақсат емес. Мысалы, бар. нейроморфтық инженерия, машиналардың мүмкіндіктерін қайта жасауға бағытталған тенденция адам миы, мысалы, оның энергия тиімділігі бойынша.

Егер кремний технологияларын ұстанатын болсақ, 2040 жылға қарай жаһандық энергетикалық ресурстар компьютерлік қажеттіліктерімізді қанағаттандыра алмайды деп болжануда. Сондықтан деректерді жылдамырақ өңдей алатын, ең бастысы, энергияны үнемдейтін жаңа жүйелерді әзірлеудің шұғыл қажеттілігі туындайды. Ғалымдар еліктеу әдістері осы мақсатқа жетудің бір жолы болуы мүмкін екенін бұрыннан біледі. адам миы.

W кремний компьютерлері әртүрлі функцияларды әртүрлі физикалық нысандар орындайды, бұл өңдеу уақытын арттырады және үлкен жылу шығындарын тудырады. Керісінше, мидағы нейрондар бір уақытта үлкен желі арқылы біздің ең озық компьютерлерден он есе кернеуде ақпаратты жіберіп, қабылдай алады.

Мидың кремнийлік әріптестерінен басты артықшылығы - деректерді параллель өңдеу мүмкіндігі. Нейрондардың әрқайсысы мыңдаған басқалармен қосылған және олардың барлығы деректер үшін кіріс және шығыс ретінде әрекет ете алады. Ақпаратты сақтау және өңдеу үшін біз сияқты, нейрондардағыдай өткізгіштік күйден болжауға болмайтын күйге тез және бірқалыпты ауыса алатын физикалық материалдарды әзірлеу қажет. 

Бірнеше ай бұрын Matter журналында осындай қасиеттері бар материалды зерттеу туралы мақала жарияланған. Техас A&M университетінің ғалымдары температураның, кернеудің және токтың өзгеруіне жауап ретінде өткізгіштік күйлері арасында тербеліс жасау мүмкіндігін көрсететін β'-CuXV2O5 қосылыс символынан нано сымдарды жасады.

Мұқият зерттей келе, бұл қабілет мыс иондарының бүкіл β'-CuxV2O5 қозғалысына байланысты екені анықталды, бұл электрон қозғалысы және материалдың өткізгіштік қасиеттерін өзгертеді. Бұл құбылысты басқару үшін β'-CuxV2O5-те электрлік импульс жасалады, ол биологиялық нейрондар бір-біріне сигналдар жіберген кезде пайда болатынға өте ұқсас. Біздің миымыз белгілі бір нейрондарды ерекше реттілікпен негізгі уақытта іске қосу арқылы жұмыс істейді. Нейрондық оқиғалар тізбегі ақпаратты өңдеуге әкеледі, мейлі ол жадты еске түсіру немесе физикалық белсенділікті орындау. β'-CuxV2O5 схемасы дәл осылай жұмыс істейді.

ДНҚ-дағы қатты диск

Зерттеудің тағы бір саласы - биологияға негізделген зерттеулер. мәліметтерді сақтау әдістері. МТ-да біз де талай рет сипаттаған идеялардың бірі төмендегідей. ДНҚ-да мәліметтерді сақтау, перспективалы, өте ықшам және тұрақты сақтау ортасы болып саналады (3). Басқалардың ішінде тірі жасушалардың геномдарында деректерді сақтауға мүмкіндік беретін шешімдер бар.

2025 жылға қарай әлем бойынша күн сайын шамамен бес жүз эксабайт деректер шығарылады деп болжануда. Оларды сақтау тез арада қолдану мүмкін болмай қалуы мүмкін. дәстүрлі кремний технологиясы. ДНҚ-дағы ақпарат тығыздығы кәдімгі қатты дискілерге қарағанда миллиондаған есе жоғары. Бір грамм ДНҚ 215 миллион гигабайтқа дейін болуы мүмкін деген болжам бар. Сондай-ақ дұрыс сақталған кезде өте тұрақты. 2017 жылы ғалымдар 700 XNUMX жыл бұрын өмір сүрген жойылып кеткен жылқы түрінің толық геномын шығарып, өткен жылы миллион жыл бұрын өмір сүрген мамонттың ДНҚ-сы оқылды.

Басты қиындық - жол табу түйін сандық әлем i гендердің биохимиялық әлемі бар деректер. Қазіргі уақытта ол туралы ДНҚ синтезі зертханада және шығындар тез төмендеп жатқанымен, бұл әлі де қиын және қымбат жұмыс. Синтезделгеннен кейін тізбектер қайта пайдалануға дайын болғанша немесе CRISPR генді өңдеу технологиясы арқылы тірі жасушаларға енгізілгенше мұқият in vitro сақталуы керек.

Колумбия университетінің зерттеушілері тікелей түрлендіруге мүмкіндік беретін жаңа тәсілді көрсетті цифрлық электрондық сигналдар тірі жасушалардың геномдарында сақталған генетикалық деректерге. Singularity Hub тобы мүшелерінің бірі Харрис Ванг: «Нақты уақытта есептей алатын және физикалық түрде қайта конфигурациялай алатын ұялы қатты дискілерді елестетіп көріңіз. «Біз бірінші қадам - ​​in vitro ДНҚ синтезін қажет етпестен екілік деректерді жасушаларға тікелей кодтау мүмкіндігі деп санаймыз».

Жұмыс CRISPR негізіндегі ұяшық жазу құрылғысына негізделген, ол Ванг бұрын E. coli бактериялары үшін әзірленген, ол жасуша ішінде белгілі бір ДНҚ тізбектерінің болуын анықтайды және бұл сигналды ағзаның геномында тіркейді. Жүйеде белгілі биологиялық сигналдарға жауап беретін ДНҚ негізіндегі «сенсорлық модуль» бар. Ван және оның әріптестері сенсорлық модульді басқа топ әзірлеген биосенсормен жұмыс істеуге бейімдеді, ол өз кезегінде электрлік сигналдарға жауап береді. Сайып келгенде, бұл зерттеушілерге мүмкіндік берді бактериалды геномдағы цифрлық ақпаратты тікелей кодтау. Бір ұяшық сақтай алатын деректер көлемі өте аз, тек үш бит.

Сонымен, ғалымдар бір уақытта әртүрлі 24 биттік деректер бөліктерімен, жалпы саны 3 бит болатын 72 түрлі бактерия популяциясын кодтаудың жолын тапты. Олар оны «Сәлем әлем!» хабарламаларын кодтау үшін пайдаланды. бактерияларда. және біріктірілген популяцияға тапсырыс беру және арнайы жасалған классификаторды пайдалану арқылы олар хабарламаны 98 пайыз дәлдікпен оқи алатынын көрсетті. 

Әлбетте, 72 бит сыйымдылықтан алыс. жаппай сақтау қазіргі заманғы қатты дискілер. Дегенмен, ғалымдар шешімді тез масштабтауға болады деп санайды. Деректерді ұяшықтарда сақтау бұл, ғалымдардың пікірінше, басқа әдістерге қарағанда әлдеқайда арзан гендерде кодтауөйткені сіз күрделі жасанды ДНҚ синтезінен өтудің орнына көбірек жасушаларды өсіре аласыз. Жасушалар сонымен қатар ДНҚ-ны қоршаған ортаның зақымдануынан қорғаудың табиғи қабілетіне ие. Олар мұны E. coli жасушаларын зарарсыздандырылмаған құмыра топырағына қосу арқылы көрсетті, содан кейін олардан барлық 52-биттік хабарламаны топырақпен байланысты микробтық қауымдастықты ретке келтіру арқылы сенімді түрде шығарып алды. Ғалымдар сонымен қатар логикалық және есте сақтау операцияларын орындай алатындай жасушалардың ДНҚ-сын жобалауға кірісті.

4. Эволюцияның келесі кезеңі ретінде трансгуманистік сингулярлық көзқарас

интеграция компьютер техникі i телекоммуникация ол басқа футурологтар да болжаған трансгуманистік «ерекшелік» ұғымдарымен қатты байланысты (4). Ми-машина интерфейстері, синтетикалық нейрондар, геномдық деректерді сақтау - мұның бәрі осы бағытта дамуы мүмкін. Бір ғана мәселе бар – бұл зерттеудің ең ерте сатысындағы барлық әдістер мен эксперименттер. Сондықтан бұл болашақтан қорқатындар тыныштықта демалуы керек, ал адам мен машина интеграциясының энтузиастары салқындатуы керек.