La tecnologia digitale è un po' più vicina alla biologia, al DNA e al cervello

Elon Musk assicura che nel prossimo futuro le persone saranno in grado di creare un'interfaccia cervello-computer a tutti gli effetti. Nel frattempo, sentiamo di tanto in tanto dei suoi esperimenti sugli animali, prima sui maiali, e più recentemente sulle scimmie. L'idea che Musk farà a modo suo e sarà in grado di impiantare un terminale di comunicazione nella testa di una persona affascina alcuni, spaventa altri.

Non sta solo lavorando a un nuovo muschio. Scienziati provenienti da Regno Unito, Svizzera, Germania e Italia hanno recentemente annunciato i risultati di un progetto che ha combinato neuroni artificiali con naturale (uno). Tutto questo avviene attraverso Internet, che permette ai neuroni biologici e di "silicio" di comunicare tra loro. L'esperimento ha coinvolto la crescita di neuroni nei ratti, che sono stati poi utilizzati per la segnalazione. Capo del gruppo Stefano Vassanelli ha riferito che gli scienziati per la prima volta sono riusciti a dimostrare che i neuroni artificiali posizionati su un chip possono essere direttamente collegati a quelli biologici.

I ricercatori vogliono approfittare reti neurali artificiali ripristinare il corretto funzionamento delle aree danneggiate del cervello. Dopo essere stati inseriti in uno speciale impianto, i neuroni agiranno come una sorta di protesi che si adatterà alle condizioni naturali del cervello. Puoi leggere di più sul progetto stesso in un articolo su Scientific Reports.

Facebook vuole entrare nel tuo cervello

Chi ha paura di queste nuove tecnologie può avere ragione, soprattutto quando sentiamo dire che, ad esempio, vorremmo scegliere il "contenuto" del nostro cervello. In un evento tenutosi nell'ottobre 2019 dal centro di ricerca Chan Zuckerberg BioHub, sostenuto da Facebook, ha parlato delle speranze per i dispositivi portatili controllati dal cervello che sostituirebbero il mouse e la tastiera. "L'obiettivo è essere in grado di controllare gli oggetti in realtà virtuale o aumentata con i tuoi pensieri", ha affermato Zuckerberg, citato da CNBC. Facebook ha acquistato CTRL-labs, una startup che sviluppa sistemi di interfaccia cervello-computer, per quasi un miliardo di dollari.

Il lavoro sull'interfaccia cervello-computer è stato annunciato per la prima volta alla conferenza F8 di Facebook nel 2017. Secondo il piano a lungo termine dell'azienda, un giorno i dispositivi indossabili non invasivi consentiranno agli utenti di farlo scrivi parole solo pensandole. Ma questo tipo di tecnologia è ancora in una fase molto precoce, soprattutto perché si parla di touchscreen, interfacce non invasive. “La loro capacità di tradurre ciò che sta accadendo nel cervello in attività motoria è limitata. Per grandi opportunità, è necessario impiantare qualcosa", ha affermato Zuckerberg nel suddetto incontro.

Le persone si permetteranno di "impiantare qualcosa" per entrare in contatto con persone note per il loro sfrenato appetito dati privati ​​da facebook? (2) Forse tali persone si troveranno, specialmente quando offrirà loro frammenti di articoli che non vogliono leggere. Nel dicembre 2020, Facebook ha detto ai dipendenti che stava lavorando a uno strumento per riassumere le informazioni in modo che gli utenti non dovessero leggerle. Nello stesso incontro, ha presentato ulteriori piani per un sensore neurale per rilevare i pensieri umani e tradurli in azioni sul sito web.

2. Il cervello e le interfacce di Facebook

Di cosa sono fatti i computer efficienti dal punto di vista cerebrale?

Questi progetti non sono gli unici sforzi da creare. La semplice connessione di questi mondi non è l'unico obiettivo perseguito. Ci sono, per esempio. ingegneria neuromorfica, una tendenza volta a ricreare le capacità delle macchine cervello umano, ad esempio, in termini di efficienza energetica.

Si prevede che entro il 2040 le risorse energetiche globali non saranno in grado di soddisfare le nostre esigenze informatiche se ci atteniamo alle tecnologie del silicio. Pertanto, è urgente sviluppare nuovi sistemi in grado di elaborare i dati più velocemente e, soprattutto, in modo più efficiente dal punto di vista energetico. Gli scienziati sanno da tempo che le tecniche di mimetismo possono essere un modo per raggiungere questo obiettivo. cervello umano.

W computer al silicio diverse funzioni sono eseguite da diversi oggetti fisici, il che aumenta il tempo di elaborazione e provoca enormi perdite di calore. Al contrario, i neuroni nel cervello possono inviare e ricevere simultaneamente informazioni su una vasta rete a dieci volte la tensione dei nostri computer più avanzati.

Il principale vantaggio del cervello rispetto alle sue controparti in silicio è la sua capacità di elaborare i dati in parallelo. Ciascuno dei neuroni è connesso a migliaia di altri e tutti possono fungere da input e output per i dati. Per essere in grado di archiviare ed elaborare le informazioni, come facciamo noi, è necessario sviluppare materiali fisici che possano passare rapidamente e senza intoppi da uno stato di conduzione a uno stato di imprevedibilità, come nel caso dei neuroni. 

Alcuni mesi fa è stato pubblicato sulla rivista Matter un articolo sullo studio di un materiale con tali proprietà. Gli scienziati della Texas A&M University hanno creato nanofili dal simbolo composto β'-CuXV2O5 che dimostrano la capacità di oscillare tra gli stati di conduzione in risposta a variazioni di temperatura, tensione e corrente.

A un esame più attento, è stato riscontrato che questa capacità è dovuta al movimento degli ioni rame attraverso β'-CuxV2O5, che provoca movimento degli elettroni e cambia le proprietà conduttive del materiale. Per controllare questo fenomeno, viene generato un impulso elettrico in β'-CuxV2O5, molto simile a quello che si verifica quando i neuroni biologici si scambiano segnali. Il nostro cervello funziona attivando determinati neuroni in momenti chiave in una sequenza unica. Una sequenza di eventi neurali porta all'elaborazione di informazioni, sia che si tratti di richiamare un ricordo o di svolgere un'attività fisica. Lo schema con β'-CuxV2O5 funzionerà allo stesso modo.

Disco rigido nel DNA

Un'altra area di ricerca è la ricerca basata sulla biologia. metodi di archiviazione dei dati. Una delle idee, che abbiamo anche descritto molte volte in MT, è la seguente. memorizzazione dei dati nel DNA, è considerato un supporto di memorizzazione promettente, estremamente compatto e stabile (3). Tra le altre, esistono soluzioni che consentono di memorizzare dati nei genomi delle cellule viventi.

Entro il 2025, si stima che ogni giorno in tutto il mondo verranno prodotti quasi cinquecento exabyte di dati. La loro conservazione può diventare rapidamente impraticabile da usare. tecnologia tradizionale del silicio. La densità di informazioni nel DNA è potenzialmente milioni di volte superiore a quella dei dischi rigidi convenzionali. Si stima che un grammo di DNA possa contenere fino a 215 milioni di gigabyte. È anche molto stabile se conservato correttamente. Nel 2017, gli scienziati hanno estratto il genoma completo di una specie di cavallo estinta vissuta 700 anni fa e l'anno scorso è stato letto il DNA di un mammut vissuto un milione di anni fa.

La difficoltà principale è trovare un modo composto mondo digitale i dati con il mondo biochimico dei geni. Attualmente si tratta Sintesi del DNA in laboratorio, e sebbene i costi stiano diminuendo rapidamente, è ancora un compito difficile e costoso. Una volta sintetizzate, le sequenze devono essere conservate con cura in vitro fino a quando non sono pronte per il riutilizzo o possono essere introdotte nelle cellule viventi utilizzando la tecnologia di modifica del gene CRISPR.

I ricercatori della Columbia University hanno dimostrato un nuovo approccio che consente la conversione diretta segnali elettronici digitali nei dati genetici immagazzinati nei genomi delle cellule viventi. "Immagina dischi rigidi cellulari in grado di elaborare e riconfigurare fisicamente in tempo reale", ha affermato Harris Wang, uno dei membri del team di Singularity Hub. "Riteniamo che il primo passo sia essere in grado di codificare direttamente i dati binari nelle cellule senza la necessità della sintesi del DNA in vitro".

Il lavoro si basa su un registratore cellulare basato su CRISPR, che Ван precedentemente sviluppato per i batteri E. coli, che rileva la presenza di determinate sequenze di DNA all'interno della cellula e registra questo segnale nel genoma dell'organismo. Il sistema ha un "modulo sensore" basato sul DNA che risponde a determinati segnali biologici. Wang e i suoi colleghi hanno adattato il modulo sensore per funzionare con un biosensore sviluppato da un altro team, che a sua volta risponde ai segnali elettrici. In definitiva, questo ha permesso ai ricercatori codifica diretta di informazioni digitali nel genoma batterico. La quantità di dati che una cella può memorizzare è piuttosto piccola, solo tre bit.

Quindi gli scienziati hanno trovato un modo per codificare 24 distinte popolazioni batteriche con diversi dati a 3 bit contemporaneamente, per un totale di 72 bit. Lo usavano per codificare i messaggi "Hello world!". nei batteri. e ha mostrato che ordinando la popolazione raggruppata e utilizzando un classificatore appositamente progettato, potevano leggere il messaggio con una precisione del 98%. 

Ovviamente, 72 bit sono lontani dalla capacità. memoria di massa dischi rigidi moderni. Tuttavia, gli scienziati ritengono che la soluzione possa essere scalata rapidamente. Memorizzazione dei dati nelle celle è, secondo gli scienziati, molto più economico di altri metodi codificare nei geniperché puoi semplicemente far crescere più cellule invece di passare attraverso complicate sintesi artificiali del DNA. Le cellule hanno anche una capacità naturale di proteggere il DNA dai danni ambientali. Lo hanno dimostrato aggiungendo cellule di E. coli a terriccio non sterilizzato e quindi estraendo in modo affidabile l'intero messaggio a 52 bit da esse sequenziando la comunità microbica associata al suolo. Gli scienziati hanno anche iniziato a progettare il DNA delle cellule in modo che possano eseguire operazioni logiche e di memoria.

4. Visione della singolarità transumanista come prossima tappa dell'evoluzione

integrazione tecnico informatico i telecomunicazioni è fortemente associato alle nozioni di una "singolarità" transumanista prevista anche da altri futuristi (4). Interfacce cervello-macchina, neuroni sintetici, archiviazione di dati genomici: tutto questo può svilupparsi in questa direzione. C'è solo un problema: questi sono tutti i metodi e gli esperimenti nella primissima fase della ricerca. Quindi coloro che temono questo futuro dovrebbero riposare in pace e gli entusiasti dell'integrazione uomo-macchina dovrebbero rinfrescarsi.