Mae technoleg ddigidol ychydig yn agosach at fioleg, DNA a'r ymennydd

Mae Elon Musk yn sicrhau yn y dyfodol agos y bydd pobl yn gallu creu rhyngwyneb ymennydd-cyfrifiadur llawn. Yn y cyfamser, clywn o bryd i’w gilydd am ei arbrofion ar anifeiliaid, yn gyntaf ar foch, ac yn fwy diweddar ar fwncïod. Mae'r syniad y bydd Musk yn cael ei ffordd ac yn gallu mewnblannu terfynell gyfathrebu ym mhen person yn swyno rhai ac yn dychryn eraill.

Nid yn unig y mae yn gweithio ar newydd Musk. Yn ddiweddar, cyhoeddodd gwyddonwyr o’r DU, y Swistir, yr Almaen a’r Eidal ganlyniadau prosiect sydd wedi cyfuno niwronau artiffisial gyda naturiol (un). Gwneir hyn i gyd trwy'r Rhyngrwyd, sy'n caniatáu i niwronau biolegol a "silicon" gyfathrebu â'i gilydd. Roedd yr arbrawf yn cynnwys tyfu niwronau mewn llygod mawr, a ddefnyddiwyd wedyn ar gyfer signalau. Arweinydd grŵp Stefano Vassanelli adrodd bod gwyddonwyr am y tro cyntaf wedi llwyddo i ddangos y gellir cysylltu niwronau artiffisial a roddir ar sglodyn yn uniongyrchol â rhai biolegol.

Mae ymchwilwyr eisiau manteisio rhwydweithiau niwral artiffisial adfer gweithrediad priodol rhannau o'r ymennydd sydd wedi'u difrodi. Ar ôl cael eu gosod mewn mewnblaniad arbennig, bydd y niwronau'n gweithredu fel math o brosthesis a fydd yn addasu i amodau naturiol yr ymennydd. Gallwch ddarllen mwy am y prosiect ei hun mewn erthygl yn Scientific Reports.

Mae Facebook eisiau mynd i mewn i'ch ymennydd

Efallai y bydd y rhai sy'n ofni technoleg newydd o'r fath yn iawn, yn enwedig pan glywn, er enghraifft, yr hoffem ddewis "cynnwys" ein hymennydd. Mewn digwyddiad a gynhaliwyd ym mis Hydref 2019 gan y ganolfan ymchwil Chan Zuckerberg BioHub, a gefnogir gan Facebook, siaradodd am obeithion ar gyfer dyfeisiau cludadwy a reolir gan yr ymennydd a fyddai'n disodli'r llygoden a'r bysellfwrdd. “Y nod yw gallu rheoli gwrthrychau mewn realiti rhithwir neu estynedig gyda'ch meddyliau,” meddai Zuckerberg, a ddyfynnwyd gan CNBC. Prynodd Facebook CTRL-labs, cwmni cychwynnol sy'n datblygu systemau rhyngwyneb ymennydd-cyfrifiadur, am bron i biliwn o ddoleri.

Cyhoeddwyd gwaith ar y rhyngwyneb ymennydd-cyfrifiadur am y tro cyntaf yng nghynhadledd Facebook F8 yn 2017. Yn ôl cynllun hirdymor y cwmni, bydd dyfeisiau gwisgadwy anfewnwthiol undydd yn caniatáu i ddefnyddwyr wneud hynny ysgrifennu geiriau dim ond trwy feddwl nhw. Ond mae'r math hwn o dechnoleg yn dal i fod yn ei gyfnod cynnar iawn, yn enwedig gan ein bod yn sôn am gyffwrdd, rhyngwynebau anfewnwthiol. “Mae eu gallu i drosi’r hyn sy’n digwydd yn yr ymennydd yn weithgaredd echddygol yn gyfyngedig. I gael cyfleoedd gwych, mae angen mewnblannu rhywbeth, ”meddai Zuckerberg yn y cyfarfod uchod.

A fydd pobl yn caniatáu eu hunain i "fewnblannu rhywbeth" i gysylltu â phobl sy'n adnabyddus am eu harchwaeth dirwystr amdano data preifat o facebook? (2) Efallai y deuir o hyd i'r cyfryw bobl, yn enwedig pan fydd yn cynnig iddynt doriadau o erthyglau nad ydynt am eu darllen. Ym mis Rhagfyr 2020, dywedodd Facebook wrth weithwyr ei fod yn gweithio ar offeryn i grynhoi gwybodaeth fel nad oes rhaid i ddefnyddwyr ei darllen. Yn yr un cyfarfod, cyflwynodd gynlluniau pellach ar gyfer synhwyrydd niwral i ganfod meddyliau dynol a'u trosi'n weithredoedd ar y wefan.

2. Yr ymennydd a rhyngwynebau Facebook

O beth mae cyfrifiaduron ymennydd-effeithlon wedi'u gwneud?

Nid y prosiectau hyn yw'r unig ymdrechion i'w creu. Nid cysylltiad y bydoedd hyn yn unig yw yr unig nod a ddilynir. Mae yna, er enghraifft. peirianneg niwromorffig, tuedd sy'n anelu at ail-greu galluoedd peiriannau ymennydd dynol, er enghraifft, o ran ei effeithlonrwydd ynni.

Rhagwelir erbyn 2040, na fydd adnoddau ynni byd-eang yn gallu bodloni ein hanghenion cyfrifiadurol os ydym yn cadw at dechnolegau silicon. Felly, mae angen dybryd i ddatblygu systemau newydd a all brosesu data yn gyflymach ac, yn bwysicaf oll, yn fwy ynni effeithlon. Mae gwyddonwyr wedi gwybod ers tro y gall technegau dynwared fod yn un ffordd o gyrraedd y nod hwn. ymennydd dynol.

W cyfrifiaduron silicon mae gwahanol swyddogaethau'n cael eu perfformio gan wahanol wrthrychau corfforol, sy'n cynyddu'r amser prosesu ac yn achosi colledion gwres enfawr. Mewn cyferbyniad, gall niwronau yn yr ymennydd anfon a derbyn gwybodaeth ar yr un pryd dros rwydwaith helaeth sydd ddeg gwaith yn fwy na foltedd ein cyfrifiaduron mwyaf datblygedig.

Prif fantais yr ymennydd dros ei gymheiriaid silicon yw ei allu i brosesu data yn gyfochrog. Mae pob un o'r niwronau wedi'i gysylltu â miloedd o rai eraill, a gall pob un ohonynt weithredu fel mewnbynnau ac allbynnau ar gyfer data. Er mwyn gallu storio a phrosesu gwybodaeth, fel y gwnawn ni, mae angen datblygu deunyddiau ffisegol a all drosglwyddo'n gyflym ac yn llyfn o gyflwr dargludiad i gyflwr anrhagweladwy, fel sy'n wir am niwronau. 

Ychydig fisoedd yn ôl, cyhoeddwyd erthygl yn y cyfnodolyn Matter am yr astudiaeth o ddeunydd â phriodweddau o'r fath. Mae gwyddonwyr ym Mhrifysgol A&M Texas wedi creu nanowires o'r symbol cyfansawdd β'-CuXV2O5 sy'n dangos y gallu i osgiliad rhwng cyflyrau dargludiad mewn ymateb i newidiadau mewn tymheredd, foltedd, a cherrynt.

O'i archwilio'n agosach, canfuwyd bod y gallu hwn oherwydd symudiad ïonau copr trwy β'-CuxV2O5, sy'n achosi symudiad electronau ac yn newid priodweddau dargludol y deunydd. Er mwyn rheoli'r ffenomen hon, cynhyrchir ysgogiad trydanol yn β'-CuxV2O5, sy'n debyg iawn i'r un sy'n digwydd pan fydd niwronau biolegol yn anfon signalau at ei gilydd. Mae ein hymennydd yn gweithredu trwy danio rhai niwronau ar adegau allweddol mewn dilyniant unigryw. Mae dilyniant o ddigwyddiadau niwral yn arwain at brosesu gwybodaeth, boed hynny'n adalw cof neu'n gwneud gweithgaredd corfforol. Bydd y cynllun gyda β'-CuxV2O5 yn gweithio yr un ffordd.

Gyriant caled mewn DNA

Maes ymchwil arall yw ymchwil yn seiliedig ar fioleg. dulliau storio data. Un o'r syniadau, yr ydym hefyd wedi'i ddisgrifio droeon yn MT, yw'r canlynol. storio data mewn DNA, yn cael ei ystyried yn gyfrwng storio addawol, hynod gryno a sefydlog (3). Ymhlith eraill, mae yna atebion sy'n caniatáu storio data yn genomau celloedd byw.

Erbyn 2025, amcangyfrifir y bydd bron i bum cant exabytes o ddata yn cael eu cynhyrchu bob dydd ledled y byd. Gall eu storio ddod yn anymarferol yn gyflym i'w defnyddio. technoleg silicon traddodiadol. Mae'r dwysedd gwybodaeth mewn DNA o bosibl filiynau o weithiau'n uwch nag ar gyriannau caled confensiynol. Amcangyfrifir y gall un gram o DNA gynnwys hyd at 215 miliwn gigabeit. Mae hefyd yn sefydlog iawn pan gaiff ei storio'n iawn. Yn 2017, tynnodd gwyddonwyr genom cyflawn rhywogaeth ceffyl diflanedig a oedd yn byw 700 o flynyddoedd yn ôl, a'r llynedd, darllenwyd DNA o famoth a oedd yn byw miliwn o flynyddoedd yn ôl.

Y prif anhawster yw dod o hyd i ffordd cyfansawdd byd digidol i data gyda byd biocemegol genynnau. Mae'n ymwneud ar hyn o bryd Synthesis DNA yn y labordy, ac er bod costau'n gostwng yn gyflym, mae'n dal yn dasg anodd a chostus. Ar ôl eu syntheseiddio, rhaid storio'r dilyniannau'n ofalus in vitro nes eu bod yn barod i'w hailddefnyddio neu y gellir eu cyflwyno i gelloedd byw gan ddefnyddio technoleg golygu genynnau CRISPR.

Mae ymchwilwyr Prifysgol Columbia wedi dangos dull newydd sy'n caniatáu trosi uniongyrchol signalau electronig digidol i mewn i'r data genetig sy'n cael ei storio yn genomau celloedd byw. “Dychmygwch yriannau caled cellog sy’n gallu cyfrifo ac ad-drefnu’n gorfforol mewn amser real,” meddai Harris Wang, un o aelodau tîm Singularity Hub. "Rydym yn credu mai'r cam cyntaf yw gallu amgodio data deuaidd yn uniongyrchol i mewn i gelloedd heb fod angen synthesis DNA in vitro."

Mae'r gwaith yn seiliedig ar recordydd celloedd sy'n seiliedig ar CRISPR, sy'n Fan a ddatblygwyd yn flaenorol ar gyfer bacteria E. coli, sy'n canfod presenoldeb dilyniannau DNA penodol y tu mewn i'r gell ac yn cofnodi'r signal hwn yn genom yr organeb. Mae gan y system "modiwl synhwyrydd" sy'n seiliedig ar DNA sy'n ymateb i rai signalau biolegol. Addasodd Wang a'i gydweithwyr y modiwl synhwyrydd i weithio gyda biosynhwyrydd a ddatblygwyd gan dîm arall, sydd yn ei dro yn ymateb i signalau trydanol. Yn y pen draw, caniataodd hyn yr ymchwilwyr codio gwybodaeth ddigidol yn uniongyrchol yn y genom bacteriol. Mae faint o ddata y gall un gell ei storio yn eithaf bach, dim ond tri did.

Felly daeth y gwyddonwyr o hyd i ffordd i amgodio 24 o boblogaethau bacteriol gwahanol gyda darnau 3-did gwahanol o ddata ar yr un pryd, am gyfanswm o 72 did. Fe wnaethon nhw ei ddefnyddio i amgodio negeseuon "Helo fyd!". mewn bacteria. a dangosodd, trwy archebu'r boblogaeth gyfun a defnyddio dosbarthwr a ddyluniwyd yn arbennig, y gallent ddarllen y neges gyda chywirdeb o 98 y cant. 

Yn amlwg, mae 72 did ymhell o fod yn gapasiti. storio màs gyriannau caled modern. Fodd bynnag, mae gwyddonwyr yn credu y gellir graddio'r datrysiad yn gyflym. Storio data mewn celloedd mae, yn ôl gwyddonwyr, yn rhatach o lawer na dulliau eraill codio mewn genynnauoherwydd gallwch chi dyfu mwy o gelloedd yn hytrach na mynd trwy synthesis DNA artiffisial cymhleth. Mae gan gelloedd hefyd allu naturiol i amddiffyn DNA rhag difrod amgylcheddol. Fe wnaethant ddangos hyn trwy ychwanegu celloedd E. coli at bridd potio heb ei sterileiddio ac yna tynnu'r neges 52-did gyfan ohonynt yn ddibynadwy trwy ddilyniannu cymuned ficrobaidd gysylltiedig y pridd. Mae gwyddonwyr hefyd wedi dechrau dylunio DNA celloedd fel y gallant gyflawni gweithrediadau rhesymegol a chof.

4. Gweledigaeth o'r unigoliaeth drawsddynolaidd fel cam nesaf esblygiad

integreiddio technegydd cyfrifiadurol i telathrebu fe'i cysylltir yn gryf â syniadau am "unigoliaeth" drawsddynolaidd a ragfynegwyd gan ddyfodolwyr eraill hefyd (4). Rhyngwynebau ymennydd-peiriant, niwronau synthetig, storio data genomig - gall hyn i gyd ddatblygu i'r cyfeiriad hwn. Dim ond un broblem sydd - dyma'r holl ddulliau ac arbrofion yng nghyfnod cynnar iawn yr ymchwil. Felly dylai'r rhai sy'n ofni'r dyfodol hwn orffwys mewn heddwch, a dylai selogion integreiddio peiriant dynol oeri.