Tha teicneòlas didseatach beagan nas fhaisge air bith-eòlas, DNA agus an eanchainn

Tha Elon Musk a’ dèanamh cinnteach gum bi e comasach dha daoine a dh’ aithghearr eadar-aghaidh coimpiutair-eanchainn làn-chuimseach a chruthachadh. Anns an eadar-ama, cluinnidh sinn bho àm gu àm mu na deuchainnean aige air beathaichean, an toiseach air mucan, agus o chionn ghoirid air muncaidhean. Tha am beachd gum faigh Musk a shlighe agus a bhith comasach air inneal-conaltraidh a chuir a-steach ann an ceann neach a’ cur iongnadh air cuid, a’ cur eagal air feadhainn eile.

Chan e a-mhàin gu bheil e ag obair air fear ùr Musk. Dh’ ainmich luchd-saidheans às an RA, an Eilbheis, a’ Ghearmailt agus an Eadailt o chionn ghoirid toraidhean pròiseact a tha air tighinn còmhla neurons fuadain le nàdarra (aon). Tha seo uile air a dhèanamh thairis air an eadar-lìn, a leigeas le neurons bith-eòlasach agus “silicon” conaltradh ri chèile. Bha an deuchainn a’ toirt a-steach fàs neurons ann am radain, a bha an uairsin air an cleachdadh airson comharran. Ceannard buidhne Stefano Vassanelli aithris gun deach aig luchd-saidheans airson a’ chiad uair air sealltainn gum faod neurons fuadain a chuirear air sliseag a bhith ceangailte gu dìreach ri feadhainn bith-eòlasach.

Tha luchd-rannsachaidh airson brath a ghabhail lìonraidhean neural fuadain toirt air ais obrachadh ceart raointean millte den eanchainn. Às deidh dhaibh a bhith air an cuir a-steach do implant sònraichte, bidh na neurons ag obair mar sheòrsa de phrosthesis a dh’ atharraicheas a rèir suidheachaidhean nàdarra na h-eanchainn. Faodaidh tu barrachd a leughadh mun phròiseact fhèin ann an artaigil ann an Aithisgean Saidheansail.

Tha Facebook airson faighinn a-steach don eanchainn agad

Is dòcha gu bheil an fheadhainn a tha fo eagal mu leithid de theicneòlas ùr ceart, gu h-àraidh nuair a chluinneas sinn, mar eisimpleir, gum bu mhath leinn "susbaint" ar n-eanchainn a thaghadh. Aig tachartas a chaidh a chumail san Dàmhair 2019 leis an ionad rannsachaidh le taic Facebook Chan Zuckerberg BioHub, bhruidhinn e mu na dòchasan airson innealan so-ghiùlain fo smachd eanchainn a chuireadh an àite na luchaige is a’ mheur-chlàr. “Is e an amas a bhith comasach air smachd a chumail air nithean ann am fìrinn brìgheil no leasaichte le do smuaintean,” thuirt Zuckerberg, air ainmeachadh le CNBC. Cheannaich Facebook CTRL-labs, companaidh tòiseachaidh a leasaicheas siostaman eadar-aghaidh coimpiutair eanchainn, airson faisg air billean dolar.

Chaidh obair air an eadar-aghaidh coimpiutair-eanchainn ainmeachadh an toiseach aig co-labhairt Facebook F8 ann an 2017. A rèir plana fad-ùine na companaidh, leigidh innealan caitheamh aon latha neo-ionnsaigheach le luchd-cleachdaidh sgrìobh faclan dìreach le bhith a’ smaoineachadh orra. Ach tha an seòrsa teicneòlas seo fhathast aig ìre gu math tràth, gu sònraichte leis gu bheil sinn a’ bruidhinn mu dheidhinn touchscreen, eadar-aghaidh neo-ionnsaigheach. “Tha an comas aca na tha a’ tachairt san eanchainn eadar-theangachadh gu gnìomhachd motair cuibhrichte. Airson cothroman math, feumar rudeigin a chuir a-steach, ”thuirt Zuckerberg aig a’ choinneimh a chaidh ainmeachadh.

An leig daoine leotha fhèin “rudeigin a chuir a-steach” gus ceangal a dhèanamh ri daoine a tha ainmeil airson am miann gun samhail dàta prìobhaideach bho facebook? (2) Theagamh gu'm faighear daoine mar sin, gu h-àraidh an uair a tha e a' tabh- airt dhoibh gearraidhean de artaigilean nach 'eil iad ag iarraidh a leughadh. San Dùbhlachd 2020, thuirt Facebook ri luchd-obrach gu robh iad ag obair air inneal airson geàrr-chunntas a dhèanamh air fiosrachadh gus nach fheum luchd-cleachdaidh a leughadh. Aig an aon choinneamh, thaisbean e tuilleadh phlanaichean airson sensor neural gus smuaintean daonna a lorg agus an eadar-theangachadh gu gnìomhan air an làrach-lìn.

2. An eanchainn agus eadar-aghaidh Facebook

Cò às a tha coimpiutairean a tha èifeachdach le eanchainn air an dèanamh?

Chan e na pròiseactan sin na h-aon oidhirpean a chaidh a chruthachadh. Chan e dìreach ceangal nan saoghal sin an aon amas a thathas a’ sireadh. Tha, mar eisimpleir. innleadaireachd neuromorphic, gluasad a tha ag amas air comasan innealan ath-chruthachadh eanchainn daonna, mar eisimpleir, a thaobh èifeachdas lùtha.

Thathas an dùil ro 2040, nach bi goireasan lùtha cruinne comasach air ar feumalachdan coimpiutaireachd a choileanadh ma chumas sinn ri teicneòlasan sileaconach. Mar sin, tha cruaidh fheum air siostaman ùra a leasachadh as urrainn dàta a phròiseasadh nas luaithe agus, nas cudromaiche, nas èifeachdaiche a thaobh lùtha. Tha fios aig luchd-saidheans o chionn fhada gur dòcha gur e dòighean atharrais aon dòigh air an amas seo a choileanadh. eanchainn daonna.

W coimpiutairean sileaconach bidh diofar ghnìomhan air an coileanadh le diofar stuthan corporra, a tha ag àrdachadh an ùine giollachd agus ag adhbhrachadh call teas mòr. An coimeas ri sin, faodaidh neurons san eanchainn fiosrachadh a chuir agus fhaighinn aig an aon àm thairis air lìonra mòr aig deich uiread bholtachd nan coimpiutairean as adhartaiche againn.

Is e am prìomh bhuannachd a tha aig an eanchainn thairis air a cho-aoisean silicon a chomas air dàta a phròiseasadh ann an co-shìnte. Tha gach aon de na neurons ceangailte ri mìltean eile, agus faodaidh iad uile a bhith nan cuir a-steach agus toraidhean airson dàta. Gus a bhith comasach air fiosrachadh a stòradh agus a phròiseasadh, mar a nì sinn, feumar stuthan corporra a leasachadh a dh’ fhaodas gluasad gu sgiobalta agus gu rèidh bho staid giùlain gu staid neo-fhaicsinneach, mar a tha fìor le neurons. 

O chionn beagan mhìosan, chaidh artaigil fhoillseachadh anns an iris Matter mu sgrùdadh stuth le feartan mar sin. Tha luchd-saidheans aig Oilthigh Texas A&M air nanowires a chruthachadh bhon t-samhla todhar β’-CuXV2O5 a tha a’ nochdadh comas oscillate eadar stàitean giùlain mar fhreagairt air atharrachaidhean ann an teòthachd, bholtachd, agus sruth.

Às deidh sgrùdadh nas mionaidiche, chaidh a lorg gu bheil an comas seo mar thoradh air gluasad ions copair air feadh β'-CuxV2O5, a tha ag adhbhrachadh gluasad dealain agus ag atharrachadh feartan giùlain an stuth. Gus smachd a chumail air an iongantas seo, thathas a’ gineadh spionnadh dealain ann an β’-CuxV2O5, glè choltach ris an fhear a thachras nuair a bhios neurons bith-eòlasach a’ cur comharran gu chèile. Bidh an eanchainn againn ag obair le bhith a’ losgadh cuid de neurons aig prìomh amannan ann an sreath gun samhail. Bidh sreath de thachartasan neural a’ leantainn gu giullachd fiosrachaidh, ge bith an ann a’ cuimhneachadh cuimhne no a’ coileanadh gnìomhachd chorporra. Obraichidh an sgeama le β'-CuxV2O5 san aon dòigh.

Dràibhear cruaidh ann an DNA

Is e raon rannsachaidh eile rannsachadh stèidhichte air bith-eòlas. dòighean stòraidh dàta. Is e aon de na beachdan, a tha sinn air a mhìneachadh iomadh uair ann an MT, na leanas. stòradh dàta ann an DNA, air a mheas mar mheadhan stòraidh gealltanach, air leth toinnte agus seasmhach (3). Am measg feadhainn eile, tha fuasglaidhean ann a leigeas le dàta a stòradh ann an genomes cheallan beò.

Ro 2025, thathas a’ meas gun tèid faisg air còig ceud exabytes de dhàta a thoirt a-mach gach latha air feadh an t-saoghail. Faodaidh an stòradh gu luath a bhith do-dhèanta a chleachdadh. teicneòlas traidiseanta silicon. Dh’ fhaodadh an dùmhlachd fiosrachaidh ann an DNA milleanan de thursan nas àirde na dùmhlachd dreachan àbhaisteach. Thathas den bheachd gum faod suas ri 215 millean gigabytes a bhith ann an aon ghram de DNA. Tha e cuideachd gu math seasmhach nuair a thèid a stòradh gu ceart. Ann an 2017, thug luchd-saidheans a-mach an genoma iomlan de ghnè each a chaidh à bith a bha beò o chionn 700 bliadhna, agus an-uiridh, chaidh DNA a leughadh bho sùbh-craoibhe a bha beò o chionn millean bliadhna.

Is e am prìomh dhuilgheadas dòigh a lorg ceangal saoghal didseatach i dàta le saoghal bith-cheimiceach de ghinean. Tha e mu dheidhinn an-dràsta DNA synthesis san obair-lann, agus ged a tha cosgaisean a’ tuiteam gu luath, ’s e obair dhoirbh is cosgail a th’ ann fhathast. Aon uair ‘s gu bheil iad air an co-chur, feumar sreathan a stòradh gu faiceallach in vitro gus am bi iad deiseil airson an ath-chleachdadh no gus an tèid an toirt a-steach do cheallan beò a’ cleachdadh teicneòlas deasachaidh gine CRISPR.

Tha luchd-rannsachaidh Oilthigh Columbia air dòigh-obrach ùr a nochdadh a leigeas le tionndadh dìreach comharran dealanach didseatach a-steach don dàta ginteil a tha air a stòradh ann an genomes cheallan beò. “Smaoinich air draibhearan cruaidh cealla as urrainn obrachadh a-mach agus ath-dhealbhadh gu corporra ann an àm fìor," thuirt Harris Wang, aon de bhuill sgioba Singularity Hub. “Tha sinn den bheachd gur e a’ chiad cheum a bhith comasach air dàta binary a chòdachadh gu dìreach ann an ceallan gun fheum air synthesis DNA in vitro."

Tha an obair stèidhichte air inneal-clàraidh cealla stèidhichte air CRISPR, a tha Van a chaidh a leasachadh roimhe seo airson bacteria E. coli, a lorgas làthaireachd cuid de shreathan DNA taobh a-staigh na cealla agus a 'clàradh a' chomharra seo ann an genoma na h-organaig. Tha “modal mothachaidh” stèidhichte air DNA aig an t-siostam a fhreagras air comharran bith-eòlasach sònraichte. Dh’atharraich Wang agus a cho-obraichean am modal mothachaidh gus obrachadh le biosensor a chaidh a leasachadh le sgioba eile, a bhios an uair sin a’ freagairt air comharran dealain. Aig a 'cheann thall, thug seo cothrom don luchd-rannsachaidh còdadh dìreach air fiosrachadh didseatach anns an genoma bacterial. Tha an ìre de dhàta as urrainn dha aon chealla a stòradh gu math beag, dìreach trì pìosan.

Mar sin lorg an luchd-saidheans dòigh air 24 àireamhan bacterial eadar-dhealaichte a chòdachadh le diofar phìosan dàta 3-bit aig an aon àm, airson 72 pìosan gu h-iomlan. Chleachd iad e gus teachdaireachdan “Hello world!” a chòdachadh. ann am bacteria. agus sheall iad le bhith ag òrdachadh an t-sluaigh còmhla agus a’ cleachdadh seòrsaiche a chaidh a dhealbhadh gu sònraichte, gum b’ urrainn dhaibh an teachdaireachd a leughadh le cinnt 98 sa cheud. 

Gu dearbh, tha 72 pìosan fada bho chomas. mòr-stòradh draibhean cruaidh an latha an-diugh. Ach, tha luchd-saidheans den bheachd gum faodar am fuasgladh a mheudachadh gu sgiobalta. A 'stòradh dàta ann an ceallan tha e, a rèir luchd-saidheans, mòran nas saoire na dòighean eile còdadh ann an gineanoir faodaidh tu dìreach barrachd cheallan fhàs an àite a bhith agad ri dèiligeadh ri synthesis DNA fuadain iom-fhillte. Tha comas nàdarra aig ceallan cuideachd DNA a dhìon bho mhilleadh àrainneachd. Sheall iad seo le bhith a’ cur cheallan E. coli ri ùir phothaidh nach robh air a sterilachadh agus an uairsin a’ toirt a-mach an teachdaireachd 52-bit gu lèir bhuapa le bhith a’ cur a’ choimhearsnachd mhiocròbach co-cheangailte ris an ùir ann an òrdugh. Tha luchd-saidheans cuideachd air tòiseachadh a’ dealbhadh an DNA de cheallan gus an urrainn dhaibh gnìomhachd loidsigeach agus cuimhne a dhèanamh.

4. Sealladh air an aonranachd thar-daonna mar an ath cheum de mean-fhàs

amalachadh teicneòlaiche coimpiutair i cian-chonaltradh tha e ceangailte gu làidir ri beachdan mu “singularity” tar-ghnèitheach a bha dùil aig teachdaichean eile cuideachd (4). Eadar-aghaidh inneal-eanchainn, neurons synthetigeach, stòradh dàta genomic - faodaidh seo uile leasachadh san rathad seo. Chan eil ach aon duilgheadas - tha iad sin uile na dòighean agus deuchainnean aig ìre fìor thràth de rannsachadh. Mar sin bu chòir dhaibhsan air a bheil eagal an àm ri teachd seo fois a ghabhail ann an sìth, agus bu chòir dha luchd-dealasach aonachadh inneal-daonna fuarachadh.