La tecnología digital está un poco más cerca de la biología, el ADN y el cerebro

Elon Musk asegura que en un futuro cercano las personas podrán crear una interfaz cerebro-computadora completa. Mientras tanto, escuchamos de vez en cuando sobre sus experimentos con animales, primero con cerdos y más recientemente con monos. La idea de que Musk se saldrá con la suya y podrá implantar una terminal de comunicación en la cabeza de una persona fascina a algunos, asusta a otros.

No sólo está trabajando en un nuevo almizcle. Científicos del Reino Unido, Suiza, Alemania e Italia anunciaron recientemente los resultados de un proyecto que ha combinado neuronas artificiales con naturales (uno). Todo esto se hace a través de Internet, lo que permite que las neuronas biológicas y las de "silicio" se comuniquen entre sí. El experimento involucró el crecimiento de neuronas en ratas, que luego se usaron para la señalización. Lider de grupo stefano vassanelli informó que los científicos lograron por primera vez demostrar que las neuronas artificiales colocadas en un chip pueden conectarse directamente con las biológicas.

Los investigadores quieren aprovechar redes neuronales artificiales restaurar el buen funcionamiento de las áreas dañadas del cerebro. Luego de ser insertadas en un implante especial, las neuronas actuarán como una especie de prótesis que se adaptará a las condiciones naturales del cerebro. Puede leer más sobre el proyecto en sí mismo en un artículo en Scientific Reports.

Facebook quiere meterse en tu cerebro

Aquellos que tienen miedo de estas nuevas tecnologías pueden tener razón, especialmente cuando escuchamos que, por ejemplo, nos gustaría elegir el "contenido" de nuestro cerebro. En un evento realizado en octubre de 2019 por el centro de investigación Chan Zuckerberg BioHub, respaldado por Facebook, habló sobre las esperanzas de dispositivos portátiles controlados por el cerebro que reemplazarían el mouse y el teclado. “El objetivo es poder controlar objetos en realidad virtual o aumentada con tus pensamientos”, dijo Zuckerberg, citado por CNBC. Facebook compró CTRL-labs, una startup que desarrolla sistemas de interfaz cerebro-computadora, por casi mil millones de dólares.

El trabajo en la interfaz cerebro-computadora se anunció por primera vez en la conferencia F8 de Facebook en 2017. Según el plan a largo plazo de la empresa, algún día los dispositivos portátiles no invasivos permitirán a los usuarios escribir palabras con solo pensarlas. Pero este tipo de tecnología aún se encuentra en una etapa muy temprana, especialmente porque estamos hablando de interfaces táctiles no invasivas. “Su capacidad para traducir lo que sucede en el cerebro en actividad motora es limitada. Para grandes oportunidades hay que implantar algo”, dijo Zuckerberg en la citada reunión.

¿Se permitirá la gente "implantar algo" para conectarse con personas conocidas por su apetito desenfrenado por datos privados de facebook? (2) Quizás se encuentre a esas personas, especialmente cuando les ofrece fragmentos de artículos que no quieren leer. En diciembre de 2020, Facebook les dijo a los empleados que estaba trabajando en una herramienta para resumir información para que los usuarios no tuvieran que leerla. En la misma reunión, presentó planes adicionales para un sensor neuronal que detecte los pensamientos humanos y los traduzca en acciones en el sitio web.

2. El cerebro y las interfaces de Facebook

¿De qué están hechas las computadoras cerebralmente eficientes?

Estos proyectos no son los únicos esfuerzos que se crearán. La mera conexión de estos mundos no es el único objetivo perseguido. Los hay, por ejemplo. ingeniería neuromórfica, una tendencia destinada a recrear las capacidades de las máquinas cerebro humano, por ejemplo, en términos de su eficiencia energética.

Se predice que para 2040, los recursos energéticos globales no podrán satisfacer nuestras necesidades informáticas si nos ceñimos a las tecnologías de silicio. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar nuevos sistemas que puedan procesar datos más rápido y, lo que es más importante, con mayor eficiencia energética. Los científicos saben desde hace tiempo que las técnicas de imitación pueden ser una forma de lograr este objetivo. cerebro humano.

W computadoras de silicio Diferentes objetos físicos realizan diferentes funciones, lo que aumenta el tiempo de procesamiento y provoca enormes pérdidas de calor. En contraste, las neuronas en el cerebro pueden enviar y recibir información simultáneamente a través de una vasta red a diez veces el voltaje de nuestras computadoras más avanzadas.

La principal ventaja del cerebro sobre sus homólogos de silicio es su capacidad para procesar datos en paralelo. Cada una de las neuronas está conectada a miles de otras, y todas ellas pueden actuar como entradas y salidas de datos. Para poder almacenar y procesar información, como lo hacemos nosotros, es necesario desarrollar materiales físicos que puedan pasar rápida y suavemente de un estado de conducción a un estado de imprevisibilidad, como es el caso de las neuronas. 

Hace unos meses se publicó en la revista Matter un artículo sobre el estudio de un material con tales propiedades. Científicos de la Universidad Texas A&M han creado nanocables a partir del símbolo compuesto β'-CuXV2O5 que demuestran la capacidad de oscilar entre estados de conducción en respuesta a cambios de temperatura, voltaje y corriente.

Tras un examen más detenido, se encontró que esta capacidad se debe al movimiento de los iones de cobre a lo largo de β'-CuxV2O5, lo que provoca movimiento de electrones y cambia las propiedades conductoras del material. Para controlar este fenómeno, se genera un impulso eléctrico en β'-CuxV2O5, muy similar al que ocurre cuando las neuronas biológicas se envían señales entre sí. Nuestro cerebro funciona disparando ciertas neuronas en momentos clave en una secuencia única. Una secuencia de eventos neuronales conduce al procesamiento de información, ya sea recordando un recuerdo o realizando una actividad física. El esquema con β'-CuxV2O5 funcionará de la misma manera.

Disco duro en ADN

Otra área de investigación es la investigación basada en la biología. métodos de almacenamiento de datos. Una de las ideas, que también hemos descrito muchas veces en MT, es la siguiente. almacenamiento de datos en el ADN, se considera un medio de almacenamiento prometedor, extremadamente compacto y estable (3). Entre otras, existen soluciones que permiten almacenar datos en los genomas de células vivas.

Para 2025, se estima que se producirán casi quinientos exabytes de datos todos los días en todo el mundo. Almacenarlos puede volverse poco práctico de usar rápidamente. tecnología de silicio tradicional. La densidad de información en el ADN es potencialmente millones de veces mayor que la de los discos duros convencionales. Se estima que un gramo de ADN puede contener hasta 215 millones de gigabytes. También es muy estable cuando se almacena adecuadamente. En 2017, los científicos extrajeron el genoma completo de una especie de caballo extinta que vivió hace 700 años, y el año pasado se leyó el ADN de un mamut que vivió hace un millón de años.

La principal dificultad es encontrar una manera compuesto mundo digital i datos con el mundo bioquímico de los genes. actualmente se trata de síntesis de ADN en el laboratorio, y aunque los costos están cayendo rápidamente, sigue siendo una tarea difícil y costosa. Una vez sintetizadas, las secuencias deben almacenarse cuidadosamente in vitro hasta que estén listas para su reutilización o puedan introducirse en células vivas utilizando la tecnología de edición de genes CRISPR.

Investigadores de la Universidad de Columbia han demostrado un nuevo enfoque que permite la conversión directa señales electrónicas digitales en los datos genéticos almacenados en los genomas de las células vivas. “Imagínese discos duros celulares que puedan computar y reconfigurarse físicamente en tiempo real”, dijo Harris Wang, uno de los miembros del equipo de Singularity Hub. "Creemos que el primer paso es poder codificar directamente datos binarios en las células sin necesidad de síntesis de ADN in vitro".

El trabajo se basa en una grabadora celular basada en CRISPR, que Van desarrollado previamente para la bacteria E. coli, que detecta la presencia de determinadas secuencias de ADN en el interior de la célula y registra esta señal en el genoma del organismo. El sistema tiene un "módulo sensor" basado en ADN que responde a ciertas señales biológicas. Wang y sus colegas adaptaron el módulo sensor para que funcione con un biosensor desarrollado por otro equipo, que a su vez responde a señales eléctricas. En última instancia, esto permitió a los investigadores codificación directa de información digital en el genoma bacteriano. La cantidad de datos que una celda puede almacenar es bastante pequeña, solo tres bits.

Entonces, los científicos encontraron una manera de codificar 24 poblaciones bacterianas distintas con diferentes datos de 3 bits al mismo tiempo, para un total de 72 bits. Lo usaron para codificar mensajes de "¡Hola mundo!". en bacterias. y demostró que al ordenar la población agrupada y usar un clasificador especialmente diseñado, podían leer el mensaje con un 98 por ciento de precisión. 

Obviamente, 72 bits está lejos de su capacidad. almacenamiento masivo discos duros modernos. Sin embargo, los científicos creen que la solución se puede escalar rápidamente. Almacenamiento de datos en celdas es, según los científicos, mucho más barato que otros métodos codificacion en genesporque puedes cultivar más células en lugar de tener que lidiar con la compleja síntesis de ADN artificial. Las células también tienen una capacidad natural para proteger el ADN del daño ambiental. Lo demostraron agregando células de E. coli a tierra para macetas sin esterilizar y luego extrayendo de manera confiable todo el mensaje de 52 bits mediante la secuenciación de la comunidad microbiana asociada a la tierra. Los científicos también han comenzado a diseñar el ADN de las células para que puedan realizar operaciones lógicas y de memoria.

4. Visión de la singularidad transhumanista como siguiente estadio de evolución

integración técnico en computación i telecomunicaciones está fuertemente asociado con las nociones de una "singularidad" transhumanista predicha también por otros futuristas (4). Interfaces cerebro-máquina, neuronas sintéticas, almacenamiento de datos genómicos: todo esto puede desarrollarse en esta dirección. Solo hay un problema: estos son todos los métodos y experimentos en la etapa inicial de investigación. Así que aquellos que temen este futuro deberían descansar en paz, y los entusiastas de la integración hombre-máquina deberían calmarse.