Công nghệ kỹ thuật số gần hơn một chút với sinh học, DNA và não bộ

Elon Musk đảm bảo rằng trong tương lai gần, mọi người sẽ có thể tạo ra một giao diện máy tính não chính thức. Trong khi đó, thỉnh thoảng chúng ta lại nghe về các thí nghiệm của ông trên động vật, đầu tiên là trên lợn và gần đây là trên khỉ. Ý tưởng rằng Musk sẽ làm theo cách của mình và có thể cấy thiết bị đầu cuối giao tiếp vào đầu của một người khiến một số người mê mẩn và khiến những người khác sợ hãi.

Anh ấy không chỉ làm việc trên một cái mới Xạ hương. Các nhà khoa học đến từ Anh, Thụy Sĩ, Đức và Ý mới đây đã công bố kết quả của một dự án đã kết hợp tế bào thần kinh nhân tạo với tự nhiên (một). Tất cả điều này được thực hiện thông qua Internet, cho phép các tế bào thần kinh sinh học và "silicon" giao tiếp với nhau. Thí nghiệm liên quan đến việc phát triển các tế bào thần kinh ở chuột, sau đó chúng được sử dụng để phát tín hiệu. Trưởng nhóm Stefano Vassanelli báo cáo rằng các nhà khoa học lần đầu tiên đã chứng minh được rằng các tế bào thần kinh nhân tạo được đặt trên một con chip có thể được kết nối trực tiếp với các tế bào sinh học.

Các nhà nghiên cứu muốn sử dụng mạng lưới thần kinh nhân tạo khôi phục hoạt động bình thường của các vùng não bị tổn thương. Sau khi được đưa vào một bộ phận cấy ghép đặc biệt, các tế bào thần kinh sẽ hoạt động như một loại chân giả thích ứng với điều kiện tự nhiên của não bộ. Bạn có thể đọc thêm về dự án trong một bài báo trong Báo cáo Khoa học.

Facebook muốn xâm nhập vào bộ não của bạn

Những người sợ hãi công nghệ mới như vậy có thể đúng, đặc biệt là khi chúng ta nghe nói rằng, chẳng hạn, chúng ta muốn chọn "nội dung" của bộ não của chúng ta. Tại một sự kiện được tổ chức vào tháng 2019 năm XNUMX bởi trung tâm nghiên cứu Chan Zuckerberg BioHub do Facebook hậu thuẫn, anh ấy đã nói về hy vọng về các thiết bị di động được điều khiển bằng não sẽ thay thế chuột và bàn phím. “Mục tiêu là có thể điều khiển các đối tượng trong thực tế ảo hoặc thực tế tăng cường bằng suy nghĩ của bạn,” Zuckerberg được CNBC trích dẫn. Facebook đã mua CTRL-labs, một công ty khởi nghiệp chuyên phát triển các hệ thống giao diện não-máy tính, với giá gần một tỷ đô la.

Công việc trên giao diện não-máy tính lần đầu tiên được công bố tại hội nghị Facebook F8 vào năm 2017. Theo kế hoạch dài hạn của công ty, một ngày nào đó các thiết bị đeo không xâm lấn sẽ cho phép người dùng viết các từ chỉ bằng cách suy nghĩ chúng. Nhưng loại công nghệ này vẫn còn ở giai đoạn rất sơ khai, đặc biệt là khi chúng ta đang nói về giao diện cảm ứng, không xâm lấn. “Khả năng của họ để dịch những gì đang xảy ra trong não thành hoạt động vận động bị hạn chế. Để có những cơ hội tuyệt vời, cần phải cấy ghép một thứ gì đó, ”Zuckerberg nói tại cuộc họp nói trên.

Liệu mọi người có cho phép mình "cấy ghép thứ gì đó" để kết nối với những người được biết đến với sự thèm ăn không thể kiềm chế của họ dữ liệu cá nhân từ facebook? (2) Có lẽ sẽ tìm thấy những người như vậy, nhất là khi anh ta đưa cho họ những bài báo mà họ không muốn đọc. Vào tháng 2020 năm XNUMX, Facebook nói với các nhân viên rằng họ đang làm việc trên một công cụ để tóm tắt thông tin để người dùng không cần phải đọc nó. Cũng tại cuộc họp, ông đã trình bày các kế hoạch tiếp theo cho một cảm biến thần kinh để phát hiện suy nghĩ của con người và chuyển chúng thành hành động trên trang web.

2. Bộ não và giao diện của Facebook

Máy tính hiệu quả về não được làm bằng gì?

Những dự án này không phải là nỗ lực duy nhất được tạo ra. Sự kết nối đơn thuần của những thế giới này không phải là mục tiêu duy nhất được theo đuổi. Có, ví dụ. kỹ thuật cấu trúc thần kinh, một xu hướng nhằm tái tạo khả năng của máy móc não người, ví dụ, về hiệu quả năng lượng của nó.

Người ta dự đoán rằng vào năm 2040, các nguồn năng lượng toàn cầu sẽ không thể đáp ứng nhu cầu tính toán của chúng ta nếu chúng ta cứ dính vào công nghệ silicon. Do đó, nhu cầu cấp thiết là phải phát triển các hệ thống mới có thể xử lý dữ liệu nhanh hơn và quan trọng nhất là sử dụng năng lượng hiệu quả hơn. Từ lâu, các nhà khoa học đã biết rằng kỹ thuật bắt chước có thể là một cách để đạt được mục tiêu này. não người.

W máy tính silicon các chức năng khác nhau được thực hiện bởi các đối tượng vật lý khác nhau, điều này làm tăng thời gian xử lý và gây ra tổn thất nhiệt lớn. Ngược lại, các tế bào thần kinh trong não có thể đồng thời gửi và nhận thông tin qua một mạng lưới rộng lớn với điện áp gấp mười lần so với các máy tính tiên tiến nhất của chúng ta.

Ưu điểm chính của não so với các đối tác silicon là khả năng xử lý dữ liệu song song. Mỗi tế bào thần kinh được kết nối với hàng nghìn tế bào khác và tất cả chúng đều có thể hoạt động như đầu vào và đầu ra cho dữ liệu. Để có thể lưu trữ và xử lý thông tin, giống như chúng ta, cần phải phát triển các vật liệu vật lý có thể chuyển đổi nhanh chóng và thuận lợi từ trạng thái dẫn truyền sang trạng thái không thể đoán trước, như trường hợp của tế bào thần kinh. 

Một vài tháng trước, một bài báo đã được đăng trên tạp chí Matter về việc nghiên cứu một vật liệu có các đặc tính như vậy. Các nhà khoa học tại Đại học Texas A&M đã tạo ra dây nano từ hợp chất ký hiệu β'-CuXV2O5 chứng minh khả năng dao động giữa các trạng thái dẫn điện để phản ứng với những thay đổi về nhiệt độ, điện áp và dòng điện.

Khi xem xét kỹ hơn, người ta thấy rằng khả năng này là do sự chuyển động của các ion đồng trong suốt β'-CuxV2O5, nguyên nhân chuyển động của điện tử và thay đổi các đặc tính dẫn điện của vật liệu. Để kiểm soát hiện tượng này, một xung điện được tạo ra trong β'-CuxV2O5, rất giống với xung điện xảy ra khi các tế bào thần kinh sinh học gửi tín hiệu cho nhau. Bộ não của chúng ta hoạt động bằng cách kích hoạt các tế bào thần kinh nhất định vào những thời điểm quan trọng theo một trình tự duy nhất. Một chuỗi các sự kiện thần kinh dẫn đến việc xử lý thông tin, cho dù đó là nhớ lại ký ức hay thực hiện một hoạt động thể chất. Sơ đồ với β'-CuxV2O5 sẽ hoạt động theo cách tương tự.

Ổ cứng trong DNA

Một lĩnh vực nghiên cứu khác là nghiên cứu dựa trên sinh học. phương pháp lưu trữ dữ liệu. Một trong những ý tưởng, mà chúng tôi cũng đã mô tả nhiều lần trong MT, là sau đây. lưu trữ dữ liệu trong DNA, được coi là một phương tiện lưu trữ đầy hứa hẹn, cực kỳ nhỏ gọn và ổn định (3). Trong số những giải pháp khác, có những giải pháp cho phép lưu trữ dữ liệu trong bộ gen của các tế bào sống.

Đến năm 2025, người ta ước tính rằng gần năm trăm exabyte dữ liệu sẽ được sản xuất mỗi ngày trên toàn thế giới. Lưu trữ chúng có thể nhanh chóng trở nên không thực tế để sử dụng. công nghệ silicon truyền thống. Mật độ thông tin trong DNA có khả năng cao gấp hàng triệu lần so với các ổ cứng thông thường. Người ta ước tính rằng một gam DNA có thể chứa tới 215 triệu gigabyte. Nó cũng rất ổn định khi được bảo quản đúng cách. Vào năm 2017, các nhà khoa học đã trích xuất bộ gen hoàn chỉnh của một loài ngựa đã tuyệt chủng sống cách đây 700 năm và năm ngoái, người ta đã đọc được DNA của một con voi ma mút sống cách đây một triệu năm.

Khó khăn chính là tìm cách hợp chất thế giới kỹ thuật số i dữ liệu với thế giới sinh hóa của gen. Nó hiện đang về Tổng hợp DNA trong phòng thí nghiệm, và mặc dù chi phí đang giảm nhanh chóng, đây vẫn là một nhiệm vụ khó khăn và tốn kém. Sau khi được tổng hợp, các trình tự phải được lưu trữ cẩn thận trong ống nghiệm cho đến khi chúng sẵn sàng để tái sử dụng hoặc có thể được đưa vào tế bào sống bằng công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR.

Các nhà nghiên cứu của Đại học Columbia đã chứng minh một cách tiếp cận mới cho phép chuyển đổi trực tiếp tín hiệu điện tử kỹ thuật số vào dữ liệu di truyền được lưu trữ trong bộ gen của tế bào sống. Harris Wang, một trong những thành viên của nhóm Singularity Hub, cho biết: “Hãy tưởng tượng các ổ cứng di động có thể tính toán và cấu hình lại vật lý trong thời gian thực. "Chúng tôi tin rằng bước đầu tiên là có thể mã hóa trực tiếp dữ liệu nhị phân vào các tế bào mà không cần tổng hợp DNA trong ống nghiệm."

Công việc dựa trên một máy ghi di động dựa trên CRISPR, Vân trước đây được phát triển cho vi khuẩn E. coli, phát hiện sự hiện diện của một số trình tự DNA bên trong tế bào và ghi lại tín hiệu này trong bộ gen của sinh vật. Hệ thống có một "mô-đun cảm biến" dựa trên DNA để phản hồi lại các tín hiệu sinh học nhất định. Wang và các đồng nghiệp của mình đã điều chỉnh mô-đun cảm biến để hoạt động với một bộ cảm biến sinh học do một nhóm khác phát triển, cảm biến này sẽ phản hồi lại các tín hiệu điện. Cuối cùng, điều này cho phép các nhà nghiên cứu mã hóa trực tiếp thông tin kỹ thuật số trong bộ gen vi khuẩn. Số lượng dữ liệu mà một ô có thể lưu trữ là khá nhỏ, chỉ có ba bit.

Vì vậy, các nhà khoa học đã tìm ra cách mã hóa 24 quần thể vi khuẩn khác biệt với các mẩu dữ liệu 3 bit khác nhau cùng một lúc, với tổng số 72 bit. Họ đã sử dụng nó để mã hóa thông điệp "Hello world!" ở vi khuẩn. và cho thấy rằng bằng cách sắp xếp dân số tổng hợp và sử dụng bộ phân loại được thiết kế đặc biệt, họ có thể đọc tin nhắn với độ chính xác 98%. 

Rõ ràng, 72 bit là xa dung lượng. lưu trữ hàng loạt ổ cứng hiện đại. Tuy nhiên, các nhà khoa học tin rằng giải pháp này có thể nhanh chóng được nhân rộng. Lưu trữ dữ liệu trong ô nó, theo các nhà khoa học, rẻ hơn nhiều so với các phương pháp khác mã hóa trong genbởi vì bạn chỉ có thể phát triển thêm tế bào thay vì phải trải qua quá trình tổng hợp DNA nhân tạo phức tạp. Tế bào cũng có khả năng tự nhiên để bảo vệ DNA khỏi tác hại của môi trường. Họ đã chứng minh điều này bằng cách thêm các tế bào E. coli vào bầu đất không được khử trùng và sau đó trích xuất một cách đáng tin cậy toàn bộ thông điệp 52-bit từ chúng bằng cách giải trình tự cộng đồng vi sinh vật có liên quan trong đất. Các nhà khoa học cũng đã bắt đầu thiết kế DNA của các tế bào để chúng có thể thực hiện các hoạt động logic và trí nhớ.

4. Tầm nhìn về điểm kỳ dị xuyên nhân loại là giai đoạn tiếp theo của quá trình tiến hóa

hội nhập kỹ thuật viên máy tính i viễn thông nó được kết hợp chặt chẽ với quan niệm về một "điểm kỳ dị" của người xuyên nhân loại được tiên đoán bởi các nhà tương lai học khác (4). Giao diện não-máy, tế bào thần kinh tổng hợp, lưu trữ dữ liệu bộ gen - tất cả những điều này có thể phát triển theo hướng này. Chỉ có một vấn đề - đây là tất cả các phương pháp và thử nghiệm ở giai đoạn đầu của nghiên cứu. Vì vậy, những người lo sợ về tương lai này nên yên nghỉ trong hòa bình, và những người đam mê tích hợp người-máy nên nguội đi.