A tecnoloxía dixital está un pouco máis preto da bioloxía, do ADN e do cerebro

Elon Musk asegura que nun futuro próximo a xente poderá crear unha interface cerebro-ordenador completa. Mentres tanto, escoitamos de cando en vez os seus experimentos con animais, primeiro en porcos, e máis recentemente en monos. A idea de que Musk sairá coa súa maneira e poida implantar un terminal de comunicación na cabeza dunha persoa fascina a uns, asusta a outros.

Non só está a traballar nun novo Musk. Científicos do Reino Unido, Suíza, Alemaña e Italia anunciaron recentemente os resultados dun proxecto que se uniu neuronas artificiais con naturais (unha). Todo isto faise a través de Internet, o que permite que as neuronas biolóxicas e "de silicio" se comuniquen entre si. O experimento implicou o crecemento de neuronas en ratas, que logo foron usadas para a sinalización. Xefe de grupo Stefano Vassanelli informou de que os científicos lograron por primeira vez demostrar que as neuronas artificiais colocadas nun chip poden estar directamente conectadas coas biolóxicas.

Os investigadores queren aproveitar redes neuronais artificiais restaurar o bo funcionamento das áreas danadas do cerebro. Despois de ser inseridas nun implante especial, as neuronas actuarán como unha especie de prótese que se adaptará ás condicións naturais do cerebro. Podes ler máis sobre o propio proxecto nun artigo en Informes científicos.

Facebook quere entrar no teu cerebro

Os que teñen medo desta nova tecnoloxía poden ter razón, sobre todo cando escoitamos que, por exemplo, nos gustaría escoller o "contido" do noso cerebro. Nun evento celebrado en outubro de 2019 polo centro de investigación respaldado por Facebook Chan Zuckerberg BioHub, falou sobre as esperanzas de dispositivos portátiles controlados polo cerebro que substituirían o rato e o teclado. "O obxectivo é poder controlar obxectos en realidade virtual ou aumentada cos teus pensamentos", dixo Zuckerberg, citado pola CNBC. Facebook comprou CTRL-labs, unha startup que desenvolve sistemas de interface cerebro-ordenador, por case mil millóns de dólares.

O traballo na interface cerebro-ordenador anunciouse por primeira vez na conferencia F8 de Facebook en 2017. Segundo o plan a longo prazo da compañía, un día os dispositivos portátiles non invasivos permitirán aos usuarios escribir palabras só con pensalas. Pero este tipo de tecnoloxía aínda está nunha fase moi inicial, sobre todo porque estamos a falar de interfaces táctiles e non invasivas. "A súa capacidade para traducir o que está a suceder no cerebro en actividade motora é limitada. Para grandes oportunidades, hai que implantar algo", dixo Zuckerberg na citada reunión.

Permitirase a xente "implantar algo" para conectar con persoas coñecidas polo seu apetito desenfreado datos privados de facebook? (2) Quizais se atopen esas persoas, especialmente cando lles ofreza cortes de artigos que non queren ler. En decembro de 2020, Facebook díxolles aos empregados que estaba a traballar nunha ferramenta para resumir a información para que os usuarios non teñan que lela. Na mesma reunión, presentou máis plans para un sensor neuronal para detectar pensamentos humanos e traducilos en accións no sitio web.

2. O cerebro e as interfaces de Facebook

De que están feitos os ordenadores eficientes para o cerebro?

Estes proxectos non son os únicos esforzos que se van crear. A mera conexión destes mundos non é o único obxectivo que se persegue. Hainos, por exemplo. enxeñaría neuromórfica, unha tendencia dirixida a recrear as capacidades das máquinas cerebro humano, por exemplo, en canto á súa eficiencia enerxética.

Prevese que para 2040, os recursos enerxéticos mundiais non poderán satisfacer as nosas necesidades informáticas se seguimos as tecnoloxías de silicio. Polo tanto, hai unha necesidade urxente de desenvolver novos sistemas que poidan procesar datos máis rápido e, o máis importante, de forma máis eficiente enerxética. Os científicos saben desde hai tempo que as técnicas de mimetismo poden ser un xeito de conseguir este obxectivo. cerebro humano.

W ordenadores de silicio diferentes funcións son realizadas por diferentes obxectos físicos, o que aumenta o tempo de procesamento e provoca enormes perdas de calor. Pola contra, as neuronas do cerebro poden enviar e recibir información simultáneamente a través dunha ampla rede a dez veces a tensión dos nosos ordenadores máis avanzados.

A principal vantaxe do cerebro sobre os seus homólogos de silicio é a súa capacidade para procesar datos en paralelo. Cada unha das neuronas está conectada a outras miles e todas poden actuar como entradas e saídas de datos. Para poder almacenar e procesar información, como facemos nós, é necesario desenvolver materiais físicos que poidan pasar rápida e sen problemas dun estado de condución a un estado de imprevisibilidade, como é o caso das neuronas. 

Hai uns meses publicouse na revista Matter un artigo sobre o estudo dun material con tales propiedades. Científicos da Texas A&M University crearon nanocables a partir do símbolo composto β'-CuXV2O5 que demostran a capacidade de oscilar entre estados de condución en resposta aos cambios de temperatura, voltaxe e corrente.

Tras un exame máis detallado, descubriuse que esta capacidade débese ao movemento dos ións de cobre por todo o β'-CuxV2O5, o que causa movemento de electróns e cambia as propiedades condutoras do material. Para controlar este fenómeno, xérase un impulso eléctrico en β'-CuxV2O5, moi semellante ao que se produce cando as neuronas biolóxicas se envían sinais entre si. O noso cerebro funciona disparando certas neuronas en momentos clave nunha secuencia única. Unha secuencia de eventos neuronais conduce ao procesamento da información, xa sexa lembrando un recordo ou realizando unha actividade física. O esquema con β'-CuxV2O5 funcionará do mesmo xeito.

Disco duro en ADN

Outra área de investigación é a investigación baseada na bioloxía. métodos de almacenamento de datos. Unha das ideas, que tamén describimos moitas veces en MT, é a seguinte. almacenamento de datos no ADN, considérase un medio de almacenamento prometedor, extremadamente compacto e estable (3). Entre outras, existen solucións que permiten almacenar datos nos xenomas das células vivas.

Para 2025, estímase que se producirán case cincocentos exabytes de datos todos os días en todo o mundo. Gardalos pode converterse rapidamente en pouco práctico de usar. tecnoloxía tradicional do silicio. A densidade de información no ADN é potencialmente millóns de veces maior que a dos discos duros convencionais. Estímase que un gramo de ADN pode conter ata 215 millóns de gigabytes. Tamén é moi estable cando se almacena correctamente. En 2017, os científicos extraeron o xenoma completo dunha especie de cabalo extinto que viviu hai 700 anos, e o ano pasado leuse o ADN dun mamut que viviu hai un millón de anos.

A principal dificultade é atopar un camiño conexión mundo dixital i datos co mundo bioquímico dos xenes. Actualmente trátase de síntese de ADN no laboratorio, e aínda que os custos están baixando rapidamente, aínda é unha tarefa difícil e custosa. Unha vez sintetizadas, as secuencias deben almacenarse coidadosamente in vitro ata que estean listas para a súa reutilización ou se poidan introducir en células vivas mediante a tecnoloxía de edición de xenes CRISPR.

Os investigadores da Universidade de Columbia demostraron un novo enfoque que permite a conversión directa sinais electrónicos dixitais nos datos xenéticos almacenados nos xenomas das células vivas. "Imaxina discos duros móbiles que poden computar e reconfigurar fisicamente en tempo real", dixo Harris Wang, un dos membros do equipo de Singularity Hub. "Cremos que o primeiro paso é poder codificar directamente datos binarios nas células sen necesidade de síntese de ADN in vitro".

O traballo baséase nun gravador celular baseado en CRISPR, que Wang desenvolvido previamente para a bacteria E. coli, que detecta a presenza de determinadas secuencias de ADN no interior da célula e rexistra este sinal no xenoma do organismo. O sistema ten un "módulo sensor" baseado en ADN que responde a certos sinais biolóxicos. Wang e os seus colegas adaptaron o módulo sensor para traballar cun biosensor desenvolvido por outro equipo, que á súa vez responde aos sinais eléctricos. En definitiva, isto permitiulle aos investigadores codificación directa da información dixital no xenoma bacteriano. A cantidade de datos que pode almacenar unha cela é bastante pequena, só tres bits.

Así, os científicos atoparon unha forma de codificar 24 poboacións bacterianas distintas con diferentes datos de 3 bits ao mesmo tempo, para un total de 72 bits. Utilizárono para codificar as mensaxes "¡Ola mundo!". en bacterias. e mostraron que ordenando a poboación agrupada e utilizando un clasificador especialmente deseñado, podían ler a mensaxe cun 98 por cento de precisión. 

Obviamente, 72 bits está lonxe da capacidade. almacenamento masivo discos duros modernos. Non obstante, os científicos cren que a solución pódese escalar rapidamente. Almacenamento de datos en celas é, segundo os científicos, moito máis barato que outros métodos codificación en xenesporque podes cultivar máis células en lugar de pasar por unha complicada síntese artificial de ADN. As células tamén teñen a capacidade natural de protexer o ADN dos danos ambientais. Demostraron isto engadindo células de E. coli a terra para macetas non esterilizada e despois extraendo delas de forma fiable toda a mensaxe de 52 bits mediante a secuenciación da comunidade microbiana asociada ao chan. Os científicos tamén comezaron a deseñar o ADN das células para que poidan realizar operacións lóxicas e de memoria.

4. Visión da singularidade transhumanista como seguinte estadio evolutivo

integración técnico informático i telecomunicacións está fortemente asociada ás nocións dunha "singularidade" transhumanista previstas tamén por outros futuristas (4). Interfaces cerebro-máquina, neuronas sintéticas, almacenamento de datos xenómicos - todo isto pode desenvolverse nesta dirección. Só hai un problema: estes son todos os métodos e experimentos na fase inicial da investigación. Así que os que temen este futuro deberían descansar en paz, e os entusiastas da integración humano-máquina deberían refrescarse.