A tecnologia digital está um pouco mais próxima da biologia, do DNA e do cérebro

Elon Musk garante que em um futuro próximo as pessoas poderão criar uma interface cérebro-computador completa. Enquanto isso, ouvimos de vez em quando sobre seus experimentos em animais, primeiro em porcos e, mais recentemente, em macacos. A ideia de que Musk vai conseguir o que quer e conseguir implantar um terminal de comunicação na cabeça de uma pessoa fascina alguns, assusta outros.

Ele não está apenas trabalhando em um novo Almíscar. Cientistas do Reino Unido, Suíça, Alemanha e Itália anunciaram recentemente os resultados de um projeto que combinou neurônios artificiais com (1). Tudo isso é feito pela Internet, que permite que neurônios biológicos e de "silício" se comuniquem. O experimento envolveu o crescimento de neurônios em ratos, que foram então usados ​​para sinalização. Líder de grupo Stefano Vassanelli relataram que os cientistas pela primeira vez conseguiram mostrar que os neurônios artificiais colocados em um chip podem ser conectados diretamente aos biológicos.

Os pesquisadores querem usar redes neurais artificiais restaurar o bom funcionamento das áreas danificadas do cérebro. Após serem inseridos em um implante especial, os neurônios funcionarão como uma espécie de prótese que se adaptará às condições naturais do cérebro. Você pode ler mais sobre o projeto em um artigo na Scientific Reports.

Facebook quer entrar em seu cérebro

Quem tem medo dessa nova tecnologia pode estar certo, principalmente quando ouvimos que, por exemplo, gostaríamos de escolher o "conteúdo" do nosso cérebro. Em um evento realizado em outubro de 2019 pelo centro de pesquisa Chan Zuckerberg BioHub, apoiado pelo Facebook, ele falou sobre as esperanças de dispositivos portáteis controlados pelo cérebro que substituiriam o mouse e o teclado. “O objetivo é poder controlar objetos em realidade virtual ou aumentada com seus pensamentos”, disse Zuckerberg, citado pela CNBC. O Facebook comprou a CTRL-labs, uma startup que desenvolve sistemas de interface cérebro-computador, por quase um bilhão de dólares.

O trabalho na interface cérebro-computador foi anunciado pela primeira vez na conferência do Facebook F8 em 2017. De acordo com o plano de longo prazo da empresa, um dia os dispositivos portáteis não invasivos permitirão que os usuários escreva palavras apenas pensando nelas. Mas esse tipo de tecnologia ainda está em um estágio muito inicial, especialmente porque estamos falando de telas sensíveis ao toque, interfaces não invasivas. “Sua capacidade de traduzir o que está acontecendo no cérebro em atividade motora é limitada. Para grandes oportunidades, algo precisa ser implantado”, disse Zuckerberg na reunião mencionada.

As pessoas se permitirão "implantar algo" para se conectar com pessoas conhecidas por seu apetite desenfreado por dados privados do facebook? (2) Talvez essas pessoas sejam encontradas, especialmente quando ele lhes oferece cortes de artigos que eles não querem ler. Em dezembro de 2020, o Facebook disse aos funcionários que estava trabalhando em uma ferramenta para resumir informações para que os usuários não precisassem lê-las. Na mesma reunião, ele apresentou outros planos para um sensor neural para detectar pensamentos humanos e traduzi-los em ações no site.

2. O cérebro e as interfaces do Facebook

Do que são feitos os computadores eficientes para o cérebro?

Esses projetos não são os únicos esforços a serem criados. A mera conexão desses mundos não é o único objetivo perseguido. Existem, por exemplo. engenharia neuromórfica, uma tendência que visa recriar as capacidades das máquinas cérebro humano, por exemplo, em termos de eficiência energética.

Prevê-se que até 2040, os recursos globais de energia não serão capazes de atender às nossas necessidades de computação se nos atermos às tecnologias de silício. Portanto, há uma necessidade urgente de desenvolver novos sistemas que possam processar dados mais rapidamente e, mais importante, com mais eficiência energética. Os cientistas sabem há muito tempo que as técnicas de mimetismo podem ser uma maneira de atingir esse objetivo. cérebro humano.

W computadores de silício diferentes funções são desempenhadas por diferentes objetos físicos, o que aumenta o tempo de processamento e causa grandes perdas de calor. Em contraste, os neurônios do cérebro podem enviar e receber informações simultaneamente por uma vasta rede com dez vezes a voltagem de nossos computadores mais avançados.

A principal vantagem do cérebro sobre suas contrapartes de silício é sua capacidade de processar dados em paralelo. Cada um dos neurônios está conectado a milhares de outros, e todos eles podem atuar como entradas e saídas de dados. Para ser capaz de armazenar e processar informações, como fazemos, é necessário desenvolver materiais físicos que possam passar rápida e suavemente de um estado de condução para um estado de imprevisibilidade, como é o caso dos neurônios. 

Há alguns meses, foi publicado um artigo na revista Matter sobre o estudo de um material com tais propriedades. Cientistas da Texas A&M University criaram nanofios a partir do símbolo composto β'-CuXV2O5 que demonstram a capacidade de oscilar entre estados de condução em resposta a mudanças de temperatura, voltagem e corrente.

Após um exame mais minucioso, verificou-se que essa capacidade se deve ao movimento de íons de cobre ao longo de β'-CuxV2O5, o que causa movimento de elétrons e altera as propriedades condutoras do material. Para controlar esse fenômeno, um impulso elétrico é gerado em β'-CuxV2O5, muito semelhante ao que ocorre quando neurônios biológicos enviam sinais uns para os outros. Nosso cérebro funciona disparando certos neurônios em momentos-chave em uma sequência única. Uma sequência de eventos neurais leva ao processamento de informações, seja para recordar uma memória ou realizar uma atividade física. O esquema com β'-CuxV2O5 funcionará da mesma maneira.

Disco rígido em DNA

Outra área de pesquisa é a pesquisa baseada em biologia. métodos de armazenamento de dados. Uma das ideias, que também descrevemos muitas vezes no TM, é a seguinte. armazenamento de dados em DNA, é considerado um meio de armazenamento promissor, extremamente compacto e estável (3). Entre outras, existem soluções que permitem armazenar dados nos genomas de células vivas.

Até 2025, estima-se que quase quinhentos exabytes de dados serão produzidos todos os dias em todo o mundo. Armazená-los pode rapidamente tornar-se impraticável de usar. tecnologia de silício tradicional. A densidade de informação no DNA é potencialmente milhões de vezes maior do que a dos discos rígidos convencionais. Estima-se que um grama de DNA pode conter até 215 milhões de gigabytes. Também é muito estável quando armazenado adequadamente. Em 2017, os cientistas extraíram o genoma completo de uma espécie de cavalo extinta que viveu há 700 anos e, no ano passado, o DNA foi lido de um mamute que viveu há um milhão de anos.

A principal dificuldade é encontrar um caminho composto mundo digital i dados com o mundo bioquímico dos genes. Atualmente trata-se de Síntese de DNA no laboratório e, embora os custos estejam caindo rapidamente, ainda é uma tarefa difícil e cara. Uma vez sintetizadas, as sequências devem ser cuidadosamente armazenadas in vitro até que estejam prontas para reutilização ou possam ser introduzidas em células vivas usando a tecnologia de edição de genes CRISPR.

Pesquisadores da Universidade de Columbia demonstraram uma nova abordagem que permite a conversão direta sinais eletrônicos digitais nos dados genéticos armazenados nos genomas das células vivas. “Imagine discos rígidos celulares que podem computar e reconfigurar fisicamente em tempo real”, disse Harris Wang, um dos membros da equipe do Singularity Hub. "Acreditamos que o primeiro passo é poder codificar diretamente dados binários em células sem a necessidade de síntese de DNA in vitro."

O trabalho é baseado em um gravador de celular baseado em CRISPR, que Van desenvolvido anteriormente para a bactéria E. coli, que detecta a presença de certas sequências de DNA no interior da célula e registra esse sinal no genoma do organismo. O sistema possui um "módulo sensor" baseado em DNA que responde a certos sinais biológicos. Wang e seus colegas adaptaram o módulo do sensor para trabalhar com um biossensor desenvolvido por outra equipe, que por sua vez responde a sinais elétricos. Em última análise, isso permitiu que os pesquisadores codificação direta de informações digitais no genoma bacteriano. A quantidade de dados que uma célula pode armazenar é bem pequena, apenas três bits.

Assim, os cientistas encontraram uma maneira de codificar 24 populações bacterianas distintas com diferentes dados de 3 bits ao mesmo tempo, para um total de 72 bits. Eles o usaram para codificar mensagens "Hello world!". em bactérias. e mostrou que, ao ordenar a população agrupada e usar um classificador especialmente projetado, eles podiam ler a mensagem com 98% de precisão. 

Obviamente, 72 bits está longe da capacidade. armazenamento em massa discos rígidos modernos. No entanto, os cientistas acreditam que a solução pode ser escalada rapidamente. Armazenando dados em células é, segundo os cientistas, muito mais barato do que outros métodos codificando em genesporque você pode simplesmente cultivar mais células em vez de ter que lidar com a complexa síntese de DNA artificial. As células também têm uma capacidade natural de proteger o DNA de danos ambientais. Eles demonstraram isso adicionando células de E. coli ao solo de envasamento não esterilizado e, em seguida, extraindo de forma confiável toda a mensagem de 52 bits deles, sequenciando a comunidade microbiana associada ao solo. Os cientistas também começaram a projetar o DNA das células para que possam realizar operações lógicas e de memória.

4. Visão da singularidade transumanista como o próximo estágio da evolução

integração técnico de informática i telecomunicações está fortemente associado a noções de uma "singularidade" transumanista prevista também por outros futuristas (4). Interfaces cérebro-máquina, neurônios sintéticos, armazenamento de dados genômicos - tudo isso pode se desenvolver nessa direção. Há apenas um problema - esses são todos os métodos e experimentos no estágio inicial da pesquisa. Portanto, aqueles que temem esse futuro devem descansar em paz, e os entusiastas da integração homem-máquina devem se acalmar.