Le numérique est un peu plus proche de la biologie, de l'ADN et du cerveau

Elon Musk assure que dans un avenir proche, les gens pourront créer une interface cerveau-ordinateur à part entière. En attendant, on entend parler de temps en temps de ses expériences sur les animaux, d'abord sur les cochons, et plus récemment sur les singes. L'idée que Musk arrivera à ses fins et pourra implanter un terminal de communication dans la tête d'une personne fascine certains, effraie d'autres.

Il travaille non seulement sur un nouveau musc. Des scientifiques du Royaume-Uni, de Suisse, d'Allemagne et d'Italie ont récemment annoncé les résultats d'un projet qui a combiné neurones artificiels avec naturel (une). Tout cela se fait via Internet, qui permet aux neurones biologiques et "silicium" de communiquer entre eux. L'expérience impliquait la croissance de neurones chez des rats, qui ont ensuite été utilisés pour la signalisation. Chef de groupe Stefano Vassanelli ont rapporté que les scientifiques ont pour la première fois réussi à montrer que des neurones artificiels placés sur une puce peuvent être directement connectés à des neurones biologiques.

Les chercheurs veulent profiter réseaux de neurones artificiels rétablir le bon fonctionnement des zones endommagées du cerveau. Une fois implantés dans un implant spécial, les neurones agiront comme une sorte de prothèse qui s'adaptera aux conditions naturelles du cerveau. Vous pouvez en savoir plus sur le projet lui-même dans un article de Scientific Reports.

Facebook veut entrer dans votre cerveau

Ceux qui ont peur de ces nouvelles technologies ont peut-être raison, surtout quand on entend dire que, par exemple, on aimerait choisir le "contenu" de notre cerveau. Lors d'un événement organisé en octobre 2019 par le centre de recherche Chan Zuckerberg BioHub soutenu par Facebook, il a évoqué les espoirs d'appareils portables contrôlés par le cerveau qui remplaceraient la souris et le clavier. "Le but est de pouvoir contrôler des objets en réalité virtuelle ou augmentée avec vos pensées", a déclaré Zuckerberg, cité par CNBC. Facebook a racheté CTRL-labs, une startup qui développe des systèmes d'interface cerveau-ordinateur, pour près d'un milliard de dollars.

Les travaux sur l'interface cerveau-ordinateur ont été annoncés pour la première fois lors de la conférence Facebook F8 en 2017. Selon le plan à long terme de l'entreprise, un jour, des dispositifs portables non invasifs permettront aux utilisateurs de écrire des mots juste en les pensant. Mais ce genre de technologie en est encore à ses balbutiements, d'autant plus qu'il s'agit d'interfaces tactiles, non invasives. « Leur capacité à traduire ce qui se passe dans le cerveau en activité motrice est limitée. Pour de grandes opportunités, quelque chose doit être implanté », a déclaré Zuckerberg lors de la réunion susmentionnée.

Les gens vont-ils se permettre « d'implanter quelque chose » pour entrer en contact avec des personnes connues pour leur appétit débridé pour données privées de facebook? (2) Peut-être trouvera-t-on de telles personnes, surtout lorsqu'il leur propose des coupures d'articles qu'elles ne veulent pas lire. En décembre 2020, Facebook a déclaré aux employés qu'il travaillait sur un outil pour résumer les informations afin que les utilisateurs n'aient pas à les lire. Lors de la même réunion, il a présenté d'autres projets de capteur neuronal pour détecter les pensées humaines et les traduire en actions sur le site Web.

2. Le cerveau et les interfaces de Facebook

De quoi sont faits les ordinateurs économes en cerveau ?

Ces projets ne sont pas les seuls efforts à créer. La simple connexion de ces mondes n'est pas le seul but poursuivi. Il y en a, par exemple. ingénierie neuromorphique, une tendance visant à recréer les capacités des machines cerveau humain, par exemple, en termes d'efficacité énergétique.

Il est prévu que d'ici 2040, les ressources énergétiques mondiales ne seront pas en mesure de répondre à nos besoins informatiques si nous nous en tenons aux technologies du silicium. Par conséquent, il est urgent de développer de nouveaux systèmes capables de traiter les données plus rapidement et, surtout, de manière plus efficace sur le plan énergétique. Les scientifiques savent depuis longtemps que les techniques de mimétisme peuvent être un moyen d'atteindre cet objectif. cerveau humain.

W ordinateurs de silicium différentes fonctions sont exécutées par différents objets physiques, ce qui augmente le temps de traitement et provoque d'énormes pertes de chaleur. En revanche, les neurones du cerveau peuvent simultanément envoyer et recevoir des informations sur un vaste réseau à dix fois la tension de nos ordinateurs les plus avancés.

Le principal avantage du cerveau par rapport à ses homologues en silicium est sa capacité à traiter les données en parallèle. Chacun des neurones est connecté à des milliers d'autres, et tous peuvent servir d'entrées et de sorties pour les données. Pour pouvoir stocker et traiter l'information, comme nous le faisons, il est nécessaire de développer des matériaux physiques capables de passer rapidement et en douceur d'un état de conduction à un état d'imprévisibilité, comme c'est le cas pour les neurones. 

Il y a quelques mois, un article était publié dans la revue Matter à propos de l'étude d'un matériau doté de telles propriétés. Des scientifiques de la Texas A&M University ont créé des nanofils à partir du symbole composé β'-CuXV2O5 qui démontrent la capacité d'osciller entre les états de conduction en réponse aux changements de température, de tension et de courant.

Après un examen plus approfondi, il a été constaté que cette capacité est due au mouvement des ions de cuivre dans β'-CuxV2O5, ce qui provoque mouvement des électrons et modifie les propriétés conductrices du matériau. Pour contrôler ce phénomène, une impulsion électrique est générée dans β'-CuxV2O5, très similaire à celle qui se produit lorsque les neurones biologiques s'envoient des signaux entre eux. Notre cerveau fonctionne en activant certains neurones à des moments clés dans une séquence unique. Une séquence d'événements neuronaux conduit au traitement de l'information, qu'il s'agisse de rappeler un souvenir ou d'effectuer une activité physique. Le schéma avec β'-CuxV2O5 fonctionnera de la même manière.

Disque dur en ADN

Un autre domaine de recherche est la recherche basée sur la biologie. méthodes de stockage des données. L'une des idées, que nous avons également décrite à plusieurs reprises dans MT, est la suivante. stockage des données dans l'ADN, est considéré comme un support de stockage prometteur, extrêmement compact et stable (3). Entre autres, il existe des solutions qui permettent de stocker des données dans les génomes des cellules vivantes.

D'ici 2025, on estime que près de cinq cents exaoctets de données seront produits chaque jour dans le monde. Leur stockage peut rapidement devenir peu pratique à utiliser. technologie traditionnelle du silicium. La densité d'informations dans l'ADN est potentiellement des millions de fois supérieure à celle des disques durs conventionnels. On estime qu'un gramme d'ADN peut contenir jusqu'à 215 millions de gigaoctets. Il est également très stable lorsqu'il est stocké correctement. En 2017, des scientifiques ont extrait le génome complet d'une espèce de cheval éteinte qui vivait il y a 700 XNUMX ans, et l'année dernière, l'ADN a été lu à partir d'un mammouth qui vivait il y a un million d'années.

La principale difficulté est de trouver un moyen composé monde numérique i données avec le monde biochimique des gènes. Il s'agit actuellement de synthèse d'ADN en laboratoire, et bien que les coûts chutent rapidement, cela reste une tâche difficile et coûteuse. Une fois synthétisées, les séquences doivent être soigneusement stockées in vitro jusqu'à ce qu'elles soient prêtes à être réutilisées ou puissent être introduites dans des cellules vivantes à l'aide de la technologie d'édition de gènes CRISPR.

Des chercheurs de l'Université de Columbia ont démontré une nouvelle approche qui permet une conversion directe signaux électroniques numériques dans les données génétiques stockées dans les génomes des cellules vivantes. "Imaginez des disques durs cellulaires capables de calculer et de reconfigurer physiquement en temps réel", a déclaré Harris Wang, l'un des membres de l'équipe Singularity Hub. "Nous pensons que la première étape consiste à pouvoir coder directement des données binaires dans des cellules sans avoir besoin d'une synthèse d'ADN in vitro."

Le travail est basé sur un enregistreur de cellules basé sur CRISPR, qui Wang précédemment développé pour la bactérie E. coli, qui détecte la présence de certaines séquences d'ADN à l'intérieur de la cellule et enregistre ce signal dans le génome de l'organisme. Le système dispose d'un "module capteur" basé sur l'ADN qui répond à certains signaux biologiques. Wang et ses collègues ont adapté le module de capteur pour qu'il fonctionne avec un biocapteur développé par une autre équipe, qui à son tour répond aux signaux électriques. En fin de compte, cela a permis aux chercheurs codage direct de l'information numérique dans le génome bactérien. La quantité de données qu'une cellule peut stocker est assez petite, seulement trois bits.

Les scientifiques ont donc trouvé un moyen de coder 24 populations bactériennes distinctes avec différents éléments de données de 3 bits en même temps, pour un total de 72 bits. Ils l'ont utilisé pour encoder les messages "Hello world!". dans les bactéries. et ont montré qu'en ordonnant la population regroupée et en utilisant un classificateur spécialement conçu, ils pouvaient lire le message avec une précision de 98 %. 

De toute évidence, 72 bits est loin de la capacité. stockage de masse disques durs modernes. Cependant, les scientifiques pensent que la solution peut être rapidement étendue. Stocker des données dans des cellules il est, selon les scientifiques, beaucoup moins cher que d'autres méthodes codage dans les gènesparce que vous pouvez simplement faire pousser plus de cellules au lieu de passer par une synthèse artificielle compliquée d'ADN. Les cellules ont également une capacité naturelle à protéger l'ADN des dommages environnementaux. Ils l'ont démontré en ajoutant des cellules d'E. coli à du terreau non stérilisé, puis en extrayant de manière fiable l'intégralité du message de 52 bits en séquençant la communauté microbienne associée au sol. Les scientifiques ont également commencé à concevoir l'ADN des cellules afin qu'elles puissent effectuer des opérations logiques et de mémoire.

4. Vision de la singularité transhumaniste comme prochaine étape de l'évolution

l'intégration technicien informatique i télécommunications elle est fortement associée aux notions d'une "singularité" transhumaniste également prédites par d'autres futuristes (4). Interfaces cerveau-machine, neurones synthétiques, stockage de données génomiques, tout cela peut évoluer dans ce sens. Il n'y a qu'un seul problème - ce sont toutes les méthodes et expériences au tout début de la recherche. Alors ceux qui craignent cet avenir devraient reposer en paix, et les adeptes de l'intégration homme-machine devraient se calmer.