Smadzeņu šūnas varētu aizstāt silīcija mikroshēmas — lūk, kāpēc tas varētu ietaupīt enerģiju

Jūsu dators kādu dienu varētu darboties ar smadzeņu šūnām.

Pētnieki nesen atrasts ka bioloģiskie datori varētu ietaupīt elektroenerģiju salīdzinājumā ar silīcija mikroshēmām, kuras mēs izmantojam šodien. Rakstā, kurā tika paziņots par atklājumu, zinātnieki aprakstīja 50 000 smadzeņu šūnu, kas audzētas no cilmes šūnām, izmantošanu. Tā ir daļa no augošas kustības, lai izmantotu evolūcijas spēku, lai paātrinātu datora apstrādi.

"To veicina iespaidīgās smadzeņu iespējas salīdzinājumā ar datoru, piemēram, to efektivitāte, nepārtraukta mācīšanās un intuitīva lēmumu pieņemšana." Tomass Hārtungs, profesors plkst Džona Hopkinsa universitāte un viens no vadošajiem šī raksta autoriem stāstīja Lifewire e-pasta intervijā. "Pasaulē ātrākais superdators sasniedza viena cilvēka smadzeņu aplēsto skaitļošanas jaudu tikai pagājušā gada jūnijā, taču šis dators aizņēma 6800 kvadrātpēdas un maksāja 600 miljonus ASV dolāru."

Bioloģisko datoru darbība

Pētnieku grupa savā dokumentā aprakstīja metodi "organoīda intelekta" vai OI izveidei. Šī pieeja izmantotu smadzeņu organoīdus, kas audzēti šūnu kultūrā un kuriem ir tādas pašas funkcijas un struktūra kā smadzenēm.

Ideja izmantot smadzenes kā datoru nav pilnīgi jauna. Hartungs atzīmēja, ka viņa kolēģi pētnieki pagājušajā gadā parādīja, ka a smadzeņu šūnu kultūra varētu mācīties spēlēt datorspēli Pong. Citi zinātnieki ir parādījuši, kā kontrolēt robotus ar smadzeņu organoīdiem.

"Mēs noskaidrojam, kā optimizēt šādus procesus un izmantot tos kā etalonus, lai optimizētu modeļus vai pētītu vielu iedarbību," sacīja Hartungs.

Taču likt smadzenēm darboties kā datoriem ir sarežģīti. Džeimss Džordāno, neiroloģijas un bioķīmijas profesors plkst Džordžtaunas universitātes medicīnas centrs, e-pasta intervijā teica, ka viena pieeja ir datoru saplūšana, kas ietver divas pamata arhitektūras: pirmā ir vieta, kur skaitļošanas aparatūra strukturāli "iekļaujas" šūnu neironu masīvā. Otrā metode ir tāda, ka nervu šūnas tiek ievietotas skaitļošanas shēmās atsevišķi vai mazās kopās.

"Šādas pieejas var izmantot, lai skaitļošanas sistēmas varētu "interpretēt" nervu šūnu mezglu un tīklu, kā arī veselu sistēmisku organoīdu aktivitātes; un pēdējā gadījumā var nodrošināt nervu šūnu īpašību uzņemšanu un pārsūtīšanu tieši uz skaitļošanas sistēmām," viņš piebilda.

A Līdzeklis galamērķim

Bioloģiskie datori galu galā varētu pārņemt dažus tradicionālos skaitļošanas uzdevumus, Deivs Tureks, galvenais tehnoloģiju speciālists KATALOGS, uzņēmums, kas izstrādā uz DNS balstītu datu glabāšanu un datorus, teikts e-pastā. Viņš norādīja, ka pēdējos gados IT nozare ir piedzīvojusi mērķim piemērotu tehnoloģiju izplatību, tostarp paātrinātājus, piemēram, GPU, kvantu datorus un jaudīgus paralēlos datorus.

"Tomēr šī veiktspēja un mērogs notiek uz lielāka enerģijas patēriņa, lielākas atmiņas un ilgtermiņa uzglabāšanas pieprasījuma un augstākas pārvaldības sarežģītības rēķina," sacīja Tureks. "Tas ir radījis milzīgu interesi un impulsu uz ķīmiju balstītām DNS skaitļošanas sistēmām, kurām ir daudz mazāka fiziskais pēdas nospiedums, patērē daudz mazāk enerģijas un ir izturīgs pret tradicionālo elektronisko drošību ievainojamības."

Turek uzņēmums nesen sasniedza DNS balstītu aprēķinu pagrieziena punktu, demonstrējot fundamentālas paralēlās meklēšanas iespējas, izmantojot DNS ķīmiju. KATALOGS kodēts par 17 000 vārdu septembrī no Šekspīra Hamleta DNS.

"Kataloga novatoriskā pieeja pirmo reizi parāda, kā izmantot masveida DNS ķīmijas paralēlismu lai meklētu gandrīz jebkuru datu apjomu, kas glabājas DNS, bez paredzamā proporcionālā resursu pieauguma," Tureks teica.

Neskatoties uz nesenajiem sasniegumiem, negaidiet, ka drīzumā iegādāsities dabisku datoru savam galddatoram. Hartungs teica, ka bioloģiskā skaitļošana ir vairāk "vīzija" nekā praktiska realitāte.

"Klēpjdatoru, kas regulāri tiek barots ar šūnu kultūras barotni, ir grūti iedomāties," viņš piebilda. "Personīgi es drīzāk varu iedomāties, ka mēs uzzinām, kā smadzenes darbojas, mēģinot veikt bioloģiskos aprēķinus, un attiecīgi modelēt mūsu datora arhitektūru."

Petrs Sulks, an Arizonas štata universitāte biomimētiskās nanotehnoloģijas un molekulārās skaitļošanas pētnieks e-pastā teica, ka sagaida drīzumā tiks izmantoti uz šūnām un biomolekulām balstīti aprēķini diagnostikas un terapijas nolūkos mērķiem.

"Smadzeņu šūnu organoīdu izmantošana energoefektīvāku aprēķinu veikšanai joprojām varētu būt diezgan tālu," viņš piebilda. Papildus “energoefektivitātes” pievilcībai būtu jāņem vērā augstās izmaksas, kas saistītas ar šo šūnu ražošana un uzturēšana, kas varētu atsvērt šādas sistēmas skaitļošanas efektivitāti piedāvājums."

Atjauninājums 9.3.2023: 3. punktā izlabots avota nosaukums.