فناوری دیجیتال کمی به زیست شناسی، DNA و مغز نزدیکتر است

ایلان ماسک اطمینان می دهد که در آینده نزدیک مردم قادر خواهند بود یک رابط مغز و کامپیوتر کامل ایجاد کنند. در این میان، هر از گاهی از آزمایش های او بر روی حیوانات، ابتدا روی خوک ها و اخیراً روی میمون ها می شنویم. این ایده که ماسک راه خود را پیدا می کند و می تواند یک پایانه ارتباطی را در سر یک فرد کاشت کند، برخی را مجذوب خود می کند و برخی را می ترساند.

او نه تنها روی یک جدید کار می کند مشک. دانشمندانی از بریتانیا، سوئیس، آلمان و ایتالیا اخیراً نتایج پروژه‌ای را اعلام کردند که ترکیبی از نورون های مصنوعی با طبیعی (یک). همه اینها از طریق اینترنت انجام می شود که به نورون های بیولوژیکی و "سیلیکونی" اجازه می دهد با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این آزمایش شامل رشد سلول‌های عصبی در موش‌ها بود که سپس برای سیگنال‌دهی استفاده شد. رهبر گروه استفانو واسانلی گزارش داد که دانشمندان برای اولین بار موفق شدند نشان دهند که نورون های مصنوعی قرار داده شده روی یک تراشه می توانند مستقیماً با نورون های بیولوژیکی مرتبط شوند.

محققان می خواهند از این مزیت استفاده کنند شبکه های عصبی مصنوعی بازگرداندن عملکرد صحیح نواحی آسیب دیده مغز. نورون ها پس از قرار دادن در ایمپلنت مخصوص به عنوان نوعی پروتز عمل می کنند که با شرایط طبیعی مغز سازگار می شود. می توانید در مقاله ای در Scientific Reports درباره خود پروژه اطلاعات بیشتری کسب کنید.

فیس بوک می خواهد وارد مغز شما شود

ممکن است حق با کسانی باشد که از چنین فناوری جدیدی می ترسند، به خصوص وقتی می شنویم که مثلاً دوست داریم «محتوای» مغز خود را انتخاب کنیم. در رویدادی که در اکتبر 2019 توسط مرکز تحقیقاتی تحت حمایت فیس بوک Chan Zuckerberg BioHub برگزار شد، او در مورد امیدها برای دستگاه های قابل حمل با کنترل مغز صحبت کرد که جایگزین ماوس و صفحه کلید شود. زاکربرگ به نقل از CNBC گفت: "هدف این است که بتوانیم اشیاء را در واقعیت مجازی یا واقعیت افزوده با افکار خود کنترل کنیم." فیس بوک CTRL-labs، استارت آپی که سیستم های رابط مغز و کامپیوتر را توسعه می دهد، به قیمت تقریبا یک میلیارد دلار خرید.

کار بر روی رابط مغز و کامپیوتر برای اولین بار در کنفرانس F8 فیس بوک در سال 2017 اعلام شد. طبق برنامه بلندمدت این شرکت، روزی دستگاه‌های پوشیدنی غیرتهاجمی به کاربران این امکان را می‌دهند کلمات را فقط با فکر کردن به آنها بنویس. اما این نوع فناوری هنوز در مراحل اولیه است، به خصوص که ما در مورد رابط های لمسی و غیر تهاجمی صحبت می کنیم. توانایی آنها برای ترجمه آنچه در مغز اتفاق می افتد به فعالیت حرکتی محدود است. زاکربرگ در جلسه فوق گفت: برای فرصت‌های بزرگ، چیزی باید کاشته شود.

آیا مردم به خود اجازه خواهند داد که «چیزی کاشته کنند» تا با افرادی که به خاطر اشتهای افسارگسیخته‌شان شناخته می‌شوند ارتباط برقرار کنند داده های خصوصی از فیس بوک? (2) شاید چنین افرادی پیدا شوند، به ویژه هنگامی که او برش هایی از مقالاتی را به آنها پیشنهاد می کند که نمی خواهند بخوانند. در دسامبر 2020، فیس بوک به کارمندان گفت که در حال کار بر روی ابزاری برای خلاصه کردن اطلاعات است تا کاربران مجبور به خواندن آن نباشند. در همان جلسه، او طرح های بیشتری را برای یک حسگر عصبی برای تشخیص افکار انسان و تبدیل آنها به اقدامات در وب سایت ارائه کرد.

2. مغز و رابط های فیس بوک

کامپیوترهای کارآمد مغز از چه چیزی ساخته شده اند؟

این پروژه ها تنها تلاش هایی نیستند که باید ایجاد شوند. ارتباط صرف این دنیاها تنها هدفی نیست که دنبال می شود. برای مثال وجود دارد. مهندسی نورومورفیک، روندی با هدف بازآفرینی قابلیت های ماشین ها مغز انسانبه عنوان مثال، از نظر بازده انرژی آن.

پیش‌بینی می‌شود که تا سال 2040، اگر به فناوری‌های سیلیکونی پایبند باشیم، منابع انرژی جهانی نمی‌توانند نیازهای محاسباتی ما را برآورده کنند. بنابراین، نیاز فوری به توسعه سیستم‌های جدیدی وجود دارد که بتوانند داده‌ها را سریع‌تر و مهم‌تر از همه، کارآمدتر انرژی پردازش کنند. دانشمندان مدت هاست می دانند که تکنیک های تقلید ممکن است یکی از راه های رسیدن به این هدف باشد. مغز انسان.

W کامپیوترهای سیلیکونی عملکردهای مختلفی توسط اجسام فیزیکی مختلف انجام می شود که باعث افزایش زمان پردازش و تلفات حرارتی زیادی می شود. در مقابل، نورون‌های مغز می‌توانند به طور همزمان اطلاعات را از طریق یک شبکه وسیع با ولتاژ ده برابر پیشرفته‌ترین رایانه‌های ما ارسال و دریافت کنند.

مزیت اصلی مغز نسبت به همتایان سیلیکونی خود توانایی آن در پردازش موازی داده ها است. هر یک از نورون ها به هزاران نورون دیگر متصل هستند و همه آنها می توانند به عنوان ورودی و خروجی برای داده ها عمل کنند. برای اینکه بتوانیم اطلاعات را ذخیره و پردازش کنیم، همانطور که ما انجام می دهیم، لازم است مواد فیزیکی ایجاد کنیم که بتوانند به سرعت و به آرامی از حالت رسانایی به حالت غیرقابل پیش بینی تبدیل شوند، همانطور که در مورد نورون ها وجود دارد. 

چند ماه پیش مقاله ای در مجله Matter در مورد مطالعه ماده ای با چنین خواصی منتشر شد. دانشمندان دانشگاه A&M تگزاس نانوسیم هایی را از نماد ترکیبی β'-CuXV2O5 ساخته اند که توانایی نوسان بین حالت های رسانایی را در پاسخ به تغییرات دما، ولتاژ و جریان نشان می دهد.

با بررسی دقیق تر، مشخص شد که این توانایی به دلیل حرکت یون های مس در سراسر β'-CuxV2O5 است که باعث می شود حرکت الکترون و خواص رسانایی ماده را تغییر می دهد. برای کنترل این پدیده، یک تکانه الکتریکی در β'-CuxV2O5 ایجاد می‌شود، که بسیار شبیه به آن چیزی است که هنگام ارسال سیگنال‌های نورون‌های بیولوژیکی به یکدیگر رخ می‌دهد. مغز ما با شلیک نورون های خاص در زمان های کلیدی در یک توالی منحصر به فرد عمل می کند. دنباله ای از رویدادهای عصبی منجر به پردازش اطلاعات می شود، خواه یادآوری خاطره باشد یا انجام یک فعالیت بدنی. طرح با β'-CuxV2O5 به همین ترتیب کار خواهد کرد.

هارد دیسک در DNA

یکی دیگر از حوزه های تحقیق، تحقیقات مبتنی بر زیست شناسی است. روش های ذخیره سازی داده ها. یکی از ایده هایی که در MT نیز بارها توضیح داده ایم، موارد زیر است. ذخیره سازی داده ها در DNA، یک محیط ذخیره سازی امیدوارکننده، بسیار فشرده و پایدار در نظر گرفته می شود (3). از جمله راه حل هایی وجود دارد که امکان ذخیره داده ها در ژنوم سلول های زنده را فراهم می کند.

تا سال 2025، تخمین زده می شود که تقریباً پانصد اگزابایت داده در هر روز در سراسر جهان تولید می شود. استفاده از آنها می تواند به سرعت غیرعملی شود. تکنولوژی سنتی سیلیکون. چگالی اطلاعات در DNA به طور بالقوه میلیون ها برابر بیشتر از هارد دیسک های معمولی است. تخمین زده می شود که یک گرم DNA می تواند تا 215 میلیون گیگابایت داشته باشد. همچنین در صورت نگهداری صحیح بسیار پایدار است. در سال 2017، دانشمندان ژنوم کامل یک گونه اسب منقرض شده را استخراج کردند که 700 سال پیش می زیسته است، و سال گذشته، DNA از یک ماموت که یک میلیون سال پیش می زیسته خوانده شد.

مشکل اصلی یافتن راهی است اتصال دنیای دیجیتال i داده ها با دنیای بیوشیمیایی ژن ها. در حال حاضر در مورد سنتز DNA در آزمایشگاه، و اگرچه هزینه ها به سرعت در حال کاهش است، اما هنوز یک کار دشوار و پرهزینه است. پس از سنتز، توالی ها باید به دقت در شرایط آزمایشگاهی ذخیره شوند تا زمانی که برای استفاده مجدد آماده شوند یا با استفاده از فناوری ویرایش ژن CRISPR به سلول های زنده وارد شوند.

محققان دانشگاه کلمبیا رویکرد جدیدی را ارائه کرده اند که امکان تبدیل مستقیم را فراهم می کند سیگنال های الکترونیکی دیجیتال به داده های ژنتیکی ذخیره شده در ژنوم سلول های زنده. هریس وانگ، یکی از اعضای تیم Singularity Hub می‌گوید: «دیسک‌های سخت سلولی را تصور کنید که می‌توانند در زمان واقعی محاسبه و پیکربندی مجدد فیزیکی داشته باشند. ما معتقدیم اولین قدم این است که بتوانیم مستقیماً داده های دوتایی را در سلول ها بدون نیاز به سنتز DNA در شرایط آزمایشگاهی رمزگذاری کنیم.

این کار بر اساس یک ضبط کننده سلولی مبتنی بر CRISPR است که وانگ قبلا برای باکتری E. coli ساخته شده بود، که حضور توالی های DNA خاصی را در داخل سلول تشخیص می دهد و این سیگنال را در ژنوم ارگانیسم ثبت می کند. این سیستم دارای یک "ماژول حسگر" مبتنی بر DNA است که به سیگنال های بیولوژیکی خاصی پاسخ می دهد. وانگ و همکارانش ماژول حسگر را برای کار با یک حسگر زیستی که توسط تیم دیگری ساخته شده است، سازگار کردند که به نوبه خود به سیگنال‌های الکتریکی پاسخ می‌دهد. در نهایت، این به محققان اجازه داد کدگذاری مستقیم اطلاعات دیجیتال در ژنوم باکتری. مقدار داده ای که یک سلول می تواند ذخیره کند بسیار کم است، فقط سه بیت.

بنابراین دانشمندان راهی برای رمزگذاری 24 جمعیت باکتریایی متمایز با داده های 3 بیتی مختلف به طور همزمان و در مجموع 72 بیت پیدا کردند. آنها از آن برای رمزگذاری پیام های «سلام جهان!» استفاده کردند. در باکتری ها و نشان دادند که با سفارش جمعیت تلفیقی و استفاده از طبقه‌بندی‌کننده مخصوص، می‌توانند پیام را با دقت ۹۸ درصد بخوانند. 

بدیهی است که 72 بیت با ظرفیت فاصله زیادی دارد. ذخیره سازی انبوه هارد دیسک های مدرن با این حال، دانشمندان معتقدند که راه حل را می توان به سرعت مقیاس بندی کرد. ذخیره سازی داده ها در سلول ها به گفته دانشمندان، این روش بسیار ارزان تر از روش های دیگر است کدگذاری در ژن هازیرا شما فقط می توانید سلول های بیشتری را به جای انجام سنتز پیچیده DNA مصنوعی رشد دهید. سلول ها همچنین دارای توانایی طبیعی برای محافظت از DNA در برابر آسیب های محیطی هستند. آنها این را با افزودن سلول های E. coli به خاک گلدان استریل نشده و سپس استخراج کامل پیام 52 بیتی از آنها با توالی یابی جامعه میکروبی مرتبط با خاک نشان دادند. دانشمندان همچنین شروع به طراحی DNA سلول ها کرده اند تا بتوانند عملیات منطقی و حافظه را انجام دهند.

4. چشم انداز تکینگی فراانسانی به عنوان مرحله بعدی تکامل

ادغام تکنسین کامپیوتر i مخابرات این به شدت با مفاهیم «تکینگی» فراانسانی پیش بینی شده توسط سایر آینده پژوهان نیز مرتبط است (4). رابط های مغز و ماشین، نورون های مصنوعی، ذخیره سازی داده های ژنومی - همه اینها می توانند در این جهت توسعه یابند. تنها یک مشکل وجود دارد - اینها همه روش ها و آزمایشات در مراحل اولیه تحقیق هستند. بنابراین کسانی که از این آینده می ترسند باید در آرامش باشند و علاقه مندان به ادغام انسان و ماشین باید خنک شوند.