Digitale technologie staat iets dichter bij biologie, DNA en de hersenen
Elon Musk verzekert dat mensen in de nabije toekomst een volwaardige hersencomputerinterface zullen kunnen creëren. In de tussentijd leren we van tijd tot tijd over zijn experimenten met dieren, eerst met varkens en meer recentelijk met apen. Het idee dat Musk zijn doel zal bereiken en een communicatieterminal in iemands hoofd kan implanteren, fascineert sommigen en beangstigt anderen.
Hij werkt niet alleen aan nieuw Muskus. Wetenschappers uit Groot-Brittannië, Zwitserland, Duitsland en Italië hebben onlangs de resultaten bekendgemaakt van een gecombineerd project kunstmatige neuronen met natuurlijke (1). Dit alles gebeurt via internet, waardoor biologische en siliciumneuronen met elkaar kunnen communiceren. Het experiment omvatte het kweken van neuronen bij ratten, die vervolgens werden gebruikt om signalen over te brengen. Groepsleider Stefano Vassanelli rapporteerden dat wetenschappers voor het eerst konden aantonen dat kunstmatige neuronen die op een chip zijn geplaatst, rechtstreeks kunnen worden verbonden met biologische neuronen.
Onderzoekers willen hiervan profiteren kunstmatige neurale netwerken herstel van de goede werking van beschadigde delen van de hersenen. Nadat ze in een speciaal implantaat zijn ingebracht, zullen de neuronen fungeren als een soort prothese die zich zal aanpassen aan de natuurlijke omstandigheden van de hersenen. Meer over het project zelf kunt u lezen in een artikel in het tijdschrift Scientific Reports.
Facebook wil in je brein kruipen
Degenen die bang zijn voor dergelijke nieuwe technologie kunnen gelijk hebben, vooral als we horen dat we bijvoorbeeld graag de ‘inhoud’ van onze hersenen willen kiezen. Tijdens een evenement in oktober 2019, gehouden door het door Facebook gesteunde onderzoekscentrum Chan Zuckerberg BioHub, sprak hij over de hoop op het creëren van draagbare, hersengestuurde apparaten die de muis en het toetsenbord zouden vervangen. “Het doel is om objecten in virtuele of augmented reality met je gedachten te kunnen besturen”, zei Zuckerberg, geciteerd door CNBC. Facebook kocht CTRL-labs, een startup die hersen-computerinterfacesystemen ontwikkelt, voor bijna een miljard dollar.
Het werk aan een brein-computerinterface werd voor het eerst aangekondigd tijdens de F8-conferentie van Facebook in 2017. Volgens het langetermijnplan van het bedrijf zullen op een dag niet-invasieve draagbare apparaten gebruikers mogelijk maken schrijf woorden gewoon door ze te denken. Maar dit type technologie bevindt zich nog in een zeer vroeg stadium, vooral omdat we het hebben over op aanraking gebaseerde, niet-invasieve interfaces. “Hun vermogen om wat er in de hersenen gebeurt te vertalen naar motorische activiteit is beperkt. Voor grotere kansen moet er iets worden geïmplanteerd”, zei Zuckerberg tijdens de eerder genoemde bijeenkomst.
Zullen mensen zich laten “geïmplanteerd worden met iets” om verbinding te maken met mensen die bekend staan om hun ongebreidelde honger naar privégegevens van Facebook? (2) Misschien zullen er zulke mensen zijn, vooral als hij hen afkortingen aanbiedt van artikelen die ze niet willen lezen. In december 2020 vertelde Facebook aan medewerkers dat het werkte aan een tool om informatie samen te vatten, zodat gebruikers deze niet hoeven te lezen. Tijdens dezelfde bijeenkomst presenteerde hij verdere plannen voor een neurale sensor om menselijke gedachten te detecteren en deze om te zetten in acties op een website.
2. De brein- en Facebook-interfaces
Hoe maak je hersenefficiënte computers?
Deze projecten zijn niet de enige inspanningen die zullen worden gecreëerd. Het simpelweg verbinden van deze werelden is niet het enige doel dat wordt nagestreefd. Er zijn bijvoorbeeld. neuromorfe techniek, een trend gericht op het opnieuw creëren van de mogelijkheden van machines menselijke breinbijvoorbeeld wat betreft de energie-efficiëntie.
Er wordt voorspeld dat de mondiale energiebronnen in 2040 niet in staat zullen zijn om aan onze computerbehoeften te voldoen als we vasthouden aan siliciumtechnologieën. Daarom is er dringend behoefte aan de ontwikkeling van nieuwe systemen die gegevens sneller en vooral energie-efficiënter kunnen verwerken. Wetenschappers weten al lang dat mimicrytechnieken een manier kunnen zijn om dit doel te bereiken. menselijke brein.
W silicium computers Verschillende functies worden uitgevoerd door verschillende fysieke objecten, wat de verwerkingstijd verlengt en enorme warmteverliezen veroorzaakt. Neuronen in de hersenen kunnen daarentegen tegelijkertijd informatie verzenden en ontvangen via een enorm netwerk met tien keer minder spanning dan onze meest geavanceerde computers.
Het belangrijkste voordeel van de hersenen ten opzichte van hun silicium-tegenhangers is het vermogen om gegevens parallel te verwerken. Elk van de neuronen is verbonden met duizenden anderen, die allemaal kunnen fungeren als input en output voor gegevens. Om informatie te kunnen opslaan en verwerken zoals wij dat doen, is het noodzakelijk fysieke materialen te ontwikkelen die snel en soepel kunnen overgaan van een staat van geleidbaarheid naar een staat van onvoorspelbaarheid, zoals het geval is met neuronen.
Een paar maanden geleden publiceerde het tijdschrift ‘Matter’ een artikel over een onderzoek naar een materiaal met dergelijke eigenschappen. Wetenschappers van de Texas A&M University hebben nanodraden gemaakt van het samengestelde symbool β'-CuXV2O5 die het vermogen aantonen om te oscilleren tussen geleidingstoestanden als reactie op veranderingen in temperatuur, spanning en stroom.
Bij nader onderzoek bleek dat dit vermogen te wijten is aan de beweging van koperionen door β'-CuxV2O5, wat veroorzaakt elektronen beweging en verandert de geleidende eigenschappen van het materiaal. Om dit fenomeen onder controle te houden, genereert β'-CuxV2O5 een elektrische impuls die sterk lijkt op wat er gebeurt wanneer biologische neuronen signalen naar elkaar sturen. Onze hersenen functioneren door specifieke neuronen op belangrijke momenten in een unieke volgorde te activeren. Een opeenvolging van neurale gebeurtenissen leidt tot de verwerking van informatie, of het nu gaat om het ophalen van herinneringen of het uitvoeren van fysieke activiteit. Het circuit met β'-CuxV2O5 zal op dezelfde manier werken.
Harde schijf in DNA
Een ander onderzoeksgebied is op biologie gebaseerd onderzoek. methoden voor het opslaan van gegevens. Een van de ideeën die we ook vaak in MT hebben beschreven, is het volgende. DNA-opslag, wordt beschouwd als een veelbelovende, uiterst compacte en stabiele informatiedrager (3). Er zijn onder meer oplossingen die het mogelijk maken gegevens op te slaan in het genoom van levende cellen.
Er wordt geschat dat er in 2025 wereldwijd dagelijks bijna vijfhonderd exabytes aan data zullen worden geproduceerd. Het opslaan ervan kan snel onpraktisch in gebruik worden traditionele siliciumtechnologie. De informatiedichtheid in DNA is potentieel miljoenen keren hoger dan die van conventionele harde schijven. Er wordt geschat dat één gram DNA tot 215 miljoen gigabytes kan bevatten. Het is ook zeer stabiel als het op de juiste manier wordt bewaard. In 2017 hebben wetenschappers het volledige genoom geëxtraheerd van een uitgestorven paardensoort die 700 jaar geleden leefde, en vorig jaar werd het DNA van een mammoet die een miljoen jaar geleden leefde uitgelezen.
De grootste moeilijkheid is het vinden van een manier samenstelling digitale wereld i gegevens met de biochemische wereld van genen. Momenteel hebben we het over DNA-synthese in het laboratorium, en hoewel de kosten snel dalen, is het nog steeds een complexe en dure taak. Eenmaal gesynthetiseerd, moeten de sequenties zorgvuldig in vitro worden bewaard totdat ze klaar zijn voor hergebruik of kunnen worden geïntroduceerd in levende cellen met behulp van CRISPR-genbewerkingstechnologie.
Onderzoekers van Columbia University hebben een nieuwe aanpak gedemonstreerd die directe conversie mogelijk maakt digitale elektronische signalen in genetische gegevens die zijn opgeslagen in de genomen van levende cellen. “Stel je mobiele harde schijven voor die in realtime kunnen rekenen en fysiek opnieuw kunnen configureren”, vertelde Harris Wang, een van de teamleden, aan Singularity Hub. “Wij geloven dat de eerste stap het direct kunnen coderen van binaire gegevens in cellen is, zonder de noodzaak van DNA-synthese in vitro.”
Het werk is gebaseerd op een op CRISPR gebaseerde mobiele recorder busje eerder ontwikkeld voor de bacterie E. coli, die de aanwezigheid van bepaalde DNA-sequenties in de cel detecteert en dit signaal registreert in het genoom van het organisme. Het systeem beschikt over een op DNA gebaseerde ‘sensormodule’ die reageert op specifieke biologische signalen. Wang en zijn collega's hebben de sensormodule aangepast om te werken met een biosensor die is ontwikkeld door een ander team en die op zijn beurt reageert op elektrische signalen. Uiteindelijk heeft dit onderzoekers toegestaan directe codering van digitale informatie in het bacteriële genoom. De hoeveelheid gegevens die één cel kan opslaan is vrij klein, slechts drie bits.
Op deze manier vonden de wetenschappers een manier om 24 afzonderlijke bacteriepopulaties te coderen met behulp van verschillende 3-bits gegevens tegelijk, voor een totaal van 72 bits. Ze gebruikten het om "Hallo wereld!"-berichten te coderen. bij bacteriën. en toonden aan dat ze, door de gecombineerde populatie te sequencen en een speciaal ontworpen classificator te gebruiken, de boodschap met een nauwkeurigheid van 98 procent konden lezen.
Het is duidelijk dat 72 bits verre van capaciteit is. massaopslag moderne harde schijven. Wetenschappers zijn echter van mening dat de oplossing snel kan worden opgeschaald. Gegevens opslaan in cellen dit is volgens wetenschappers veel goedkoper dan andere methoden coderen in genenomdat je simpelweg meer cellen kunt laten groeien in plaats van dat je je bezig hoeft te houden met de complexe synthese van kunstmatig DNA. Cellen hebben ook een natuurlijk vermogen om DNA te beschermen tegen milieuschade. Ze demonstreerden dit door E. coli-cellen toe te voegen aan niet-gesteriliseerde potgrond en vervolgens op betrouwbare wijze de volledige 52-bits boodschap eruit te extraheren door de bijbehorende microbiële gemeenschap in de bodem te sequencen. Wetenschappers zijn ook begonnen met het manipuleren van het DNA van cellen, zodat ze logische en geheugenbewerkingen kunnen uitvoeren.
4. Visie op de transhumanistische singulariteit als de volgende fase van de evolutie
integratie computer technicus i telecommunicatie het is sterk verbonden met de noties van een transhumanistische ‘singulariteit’ die door andere futuristen werd voorspeld (4). Brein-machine-interfaces, synthetische neuronen, opslag van genomische gegevens - dit alles kan zich in deze richting ontwikkelen. Er is slechts één probleem: dit zijn alle methoden en experimenten in de allereerste fase van het onderzoek. Dus degenen die bang zijn voor deze toekomst moeten in vrede rusten, en liefhebbers van mens-machine-integratie moeten afkoelen.
