Выпускающий редактор Geektimes
66,5
рейтинг
31 марта 2013 в 20:19

Стэнфордские учёные создали компьютер внутри живой клетки

В XIX веке Чарльз Бэббидж, разрабатывая проект своей вычислительной машины, опирался на механические элементы. ЭНИАК, первая современная универсальная ЭВМ, созданная в середине 40-ых, базировалась на особенностях работы вакуумных ламп. Сегодня компьютеры используют транзисторы на основе полупроводниковых элементов для проведения логических операций.

Команда биоинженеров Стэнфордском университете в свою очередь создала логический элемент из генетического материала, который получил название биологический транзистор или транскриптор. Об этом они сообщили в журнале Science 28 марта этого года.

В публикации исследователи описали универсальную систему генетических транзисторов внутри функционирующей клетки, которая может включаться или отключаться при определенных условиях. Авторы исследования высказывают надежду, что со временем такие группы транзисторов могут стать микроскопическими живыми компьютерами.

Компьютеры такого рода могут выполнять разнообразные задачи: определять наличие какого-либо токсина, считать количество делений раковой клетки или предоставлять детальную и точную информацию о действии препарата на какой-либо вид клеток. К примеру, чтобы избежать неконтролируемого деления раковых клеток, можно запрограммировать компьютер внутри клетки на смерть при достижении определенного порога количества делений.

Дрю Энди (на фотографии) надеется, что в будущем будет возможным помещать миниатюрные компьютеры в любую живую клетку, однако замечает, что речи о замене кремниевой микроэлектроники не идёт. Не предвидится замены кремниевой начинки телефонов или ноутбуков на живые ЭВМ, но компьютеры будут работать там, где кремний никогда не смог бы.

Команда продемонстрировала работу биокомпьютеров на примере бактерии E. Coli, что весьма типично для генетических исследований. «Транскрипторы» используют особые ферменты для контроля потока полимеразы РНК вдоль цепочек ДНК подобно тому, как миллионы кремниевых транзисторов в компьютерах управляют током электронов. Выбор ферментов транскрипторов — трудоёмкая и важная задача, поскольку они должны быть работоспособны как в бактериях, так и в грибках и животных клетках.

Как и обычные кремниевые транзисторы, транскрипторы позволяют маленькому току управлять поведением большего. Малое изменение активности фермента (затвор транскриптора) приведёт к большому изменению связанных генов (канал). Комбинируя транскрипторы, исследователи создали полный набор элементов булевой логики — биологические эквиваленты И, И-НЕ, ИЛИ, исключающего ИЛИ и исключающего НЕ-ИЛИ. С набором таких элементов биологический компьютер сможет выполнять вычисления внутри клетки.

Для проведения вычислений в клетке, тем не менее, требуется биологическое устройство для хранения данных, и эксперименты по кодированию информации в генетическом материале уже проводились. Не следует ожидать быстрого появления производительных биологических компьютеров, но вполне возможно распространение, например, нового типа лекарств. В надежде на развитие технологии биологических вычислений исследователи из Стэнфорда передали дизайн (био)логических элементов в общественное достояние.



По материалам сайтов ExtremeTech и Стэнфордской школы медицины.
Анатолий Будько @atomlib
карма
289,0
рейтинг 66,5
Выпускающий редактор Geektimes
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (63)

  • +13
    Скоро компьютерные вирусы будут распространяться через невымытые руки!
  • +5
    Для кибернетики это как Левша, который блоху подковал!

    Кстати, очень прикольная штука, если внедрить её в нервную систему, будет как технология «man in middle»!
    • +4
      Считывать пароль с моторики пальц! Или «Ваша рука заблокирована, отправьте смс на короткий номер...».
    • +4
      Не могу молчать, сам удивлялся, но блоху вопреки общепринятому убеждению подковал не левша.=)
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • +3
      Для кибернетики это как Левша, который блоху подковал!

      Вот только не надо Левшу превозносить. До сих пор диву даюсь — оружейники под его предводительством расхерачили тонкий механизм блохи со сложной логикой движения своими долбаными подковами, а его потом ещё и хвалили. Можно подумать, блошиный механизм состоит из более крупных деталей, чем гвозди для подковы. То есть Левша и Ко ни умом англичан не превзошли, ни умелостью.
  • +2
    Просто удивительно. Следующий шаг осознания в техническом мире. Сращивание биологии и технологий. Круть!
    • +3
      Всё правильно, к сингулярности ведь идём. Курцвейл вроде как к 2045 обещает =)
      • –6
        Полноценный ИИ уже в течении ~5-10 лет появится. Все зависит от того, как быстро он будет эволюционировать. Есть прогнозы на сингулярность к ~2030.
        • 0
          Как знать, но похоже мы всё же успеем это увидеть, и это? радует?..
          Изобретения на подобие этого, системы а-ля IBM Watson делают наглядным наступление технологической сингулярности.
          Хочется надеяться, что эти «шаги» будут становиться всё чаще и громче.
          • +2
            > и это? радует?

            Почему такая неуверенность? :)
        • +3
          Смотря какой — сильный или слабый ИИ. Относительно сильного ИИ существуют мнения, что его невозможно моделировать только на основе вычислительных алгоритмов (см. Квантовое сознание).
          • 0
            А как вам такой вариант:
            1. Создается слабый ИИ.
            2. Слабый ИИ учится.
            3. Слабый ИИ (или их кластер, как группа экспертных систем) разрабатывает теорию и базу для практической реализации сильного ИИ.
            4. Создается сильный ИИ.

            Ну и тут как-бы еще есть некая неопределенность, должен ли сильный ИИ быть «как разум человека» (хотя и с этим определением еще не определились), или это будет слабый ИИ, а сильный должен превосходить человека. Или же слабый ИИ — это обычная экспертная система «без претензий на гениальность». Ну и тому подобное.
            И до кучи, есть еще есть вот такая штука. Что по мне ближе к определению сильного ИИ.
            • +4
              «Слабый ИИ» никакую теорию разрабатывать не может, это выражение вовсе не обозначает «ИИ, но только слабоумный».
              • +2
                Я в курсе, это скорее продвинутая экспертная система. Сказал так для краткости и наглядности, но, тем не менее, оно очень сильно может помочь.
          • +3
            > Квантовое сознание

            Я извиняюсь, но в той же википедии пишут «Является маргинальным направлением науки[1][2][3][4].».
            • 0
              Это не значит, что такая теория не верна. Вопрос глубоко рассмотрен в книге Пенроуза «Новый ум короля», а также «Большое, малое и человеческий разум». Хотя относительно природы сознания ещё нет каких-либо по-настоящему здравых идей, но его рождение в алгоритмической сложности пока под сомнением для меня. Чисто интуитивно сложно представить «страдания» или «радость», появляющиеся за счёт лишь повышения алгоритмической сложности.
              • +1
                Да, возможно вы правы.

                > Чисто интуитивно сложно представить «страдания» или «радость», появляющиеся за счёт лишь повышения алгоритмической сложности.

                Почему? Это всего-лишь определения неких состояний. Можно, допустим, эмулировать «радость» как некий стимулятор работы (или вообще, как нормальное состояние), а «страдания» — как нечто такое, что вносит ошибки и замедляет работу. Т.е. свести все к раздражителям «плохо-хорошо».
                Емнип, я уже что-то такое читал не так давно.
                • +1
                  Да, только чувство, это скорее не просто «состояние», а осознание некого «состояния».
                  • +1
                    Вот мы и упираемся в способность ИИ осознавать себя и свое состояние.
                    Если добиться того, чтобы ИИ осознал себя, он сможет и осознать свои состояния, и там вероятно будут аналоги «радости» или «страдания».
                    • +1
                      Хотя тут пришла в голову идея, что осознание тоже можно моделировать, в виде фонового потока. Сейчас поясню.
                      Вот есть у нас устройсто, на нём в основном потоке выполняются некоторые действия, и состояние потока постоянно изменяется. Но есть второй поток, фоновый, который постоянно «сканирует» состояние основного, и на основании полученных данных делает вывод, является ли текущее состояние «радостью» или «грустью». Таким образом, наш фоновый поток как бы и есть «сознание», метанадстройка над «безчувстенной» основой. То есть, не будь этого фонового потока, устройство тоже могло бы попасть в состояние «страх» или «печаль», но оно бы этого не знало, а, следовательно, и не ощущало («осознавало») бы.
                      • +1
                        Осознавать бы осознавало, а ощущать, отчего бы это не ощущало? Что тогда значит «попасть в стостояние страх или печаль»? На примере человека — вы можете ощущать ярость и гнев, но осознать это уже потом, когда кулаками намахались.

                        Осознание — это механизм роста личности. Животные тоже испытывают какие то эмоции, но осознавать их в себе может только человек. Даже ребенок начинает осознавать свои переживания, как свои собственные, только годам к 7-и по периодизации возрастов Выготского. За счет осознавания развиваются волевые процессы, произвольность и свобода воли\выбора.

                        На мой взгляд, создание искусственного интеллекта в таком интуитивном смысле, как в кино, когда роботы сосуществуют с людьми, не как робот-пылесос Roomba, а как репликанты из Blade runner, возможно, если из этой пары слов убрать слово интеллект (который довольно успешно разрабатывает когнитивная наука) и вставить слово личность. Я в этом направлении двигаюсь.
                  • +2
                    А вы уверены, что вы себя осознаете, может быть это просто эмуляция осознания?)
                    • +3
                      Он давно уже перестал общаться с философами, которые утверждали, будто компьютер лишь имитирует эмоции. («Если вы сможете доказать, что не притворяетесь рассерженным, — заявил он как-то одному из таких критиков, — я вам поверю». В тот момент его оппоненту удалось довольно убедительно разыграть возмущение.)

                      А. Кларк, Космическая одиссея 2010
            • +1
              Я боюсь, ваши сомнения обоснованы. Если судить только по статье в википедии, то сильно смущает фраза «что сознание необъяснимо на уровне классической механики и может быть объяснено только с привлечением постулатов квантовой механики». Мне казалось, изучением психики человека занимается психология, а не физика. Есть психо-физиологическая проблема, решение которой может свести физику (физиологию) с психологией, но пока нет какого-то внятного разрешения.
              • 0
                > Есть психо-физиологическая проблема, решение которой может свести физику (физиологию) с психологией, но пока нет какого-то внятного разрешения.

                По-моему, тут нет проблемы. В психиатрии/неврологии давно известны чисто физиологические заболевания, вызванные неврозами и прочими психическими расстройствами, т.н. психосоматика (и наоборот бывает, например недостаточное кровоснабжение мозга (вследствии болезни сердца например) может вызывать некоторые нарушения психики).
                • +1
                  Вы бы хоть статью почитали, что ли, я специально ссылку привел. Проблема состоит не в том, чтобы увидеть связь, очевидно, что она какая-то есть, и психика влияет на физиологию (та же психосоматика), и обратно работает тоже, в здоровом теле дух здоровее.Вопрос, как оно связано, как соотносятся две довольно таки различающиеся сферы, которые даже изучают разные науки.

                  • +1
                    Ок, каюсь, просмотрел статью по диагонали :(
              • +1
                Пенроуз выделил четыре точки зрения:

                1) Всякое мышление есть вычисление; в частности ощущение осмысленного осознания есть не что иное, как результат выполнения соответствующего вычисления.
                2) Осознание представляет собой характерное проявление физической активности мозга; хотя любую физическую активность можно моделировать посредством той или иной совокупности вычислений, численное моделирование как таковое не способно вызвать осознание.
                3) Осознание является результатом соответствующей физической активности мозга, однако эту физическую активность невозможно должным образом смоделировать вычислительными средствами.
                4) Осознание невозможно объяснить в физических, математических и вообще научных терминах.

                Сам он придерживается третьей, хотя и у остальных есть достаточно сторонников. Он пытается объяснить сознание с привлечение квантовой когерентности, и приводит неплохие доводы. Тем не менее, многие скептически относятся к такой идее. Да, это гипотеза, но она ялвяется одной из самых завершенных гипотез, которые действительно могут нам дать понимание того, что же есть сознание, конечно же, только в том случае, если она верна.
                • +1
                  Научное знание обычно формулируется в виде модели — определяются сущности предметной области и соотношения между ними. Хорошая модель позволяет как то применять теорию к феноменам, строить на ее основе проверяемые выводы. В психологии проблема в том, что даже сами сущности теории не очень определяемы, мышление, ощущение, осознание, сознание (это, кстати, разные понятия) в разных теориях имеют несколько отличающиеся определения. И это не просто так. Есть понятие исторического подхода, связанного с тем, что содержание нашей психики — культурный феномен и развивался параллельно с развитием всего общества, то же самое мышление бывает очень разным, есть понятие пралогического мышления, которое сильно отличается от логического.

                  То что вы написали, это просто жонглирование терминами, в котором очень много натяжек. Сознание и осознание — это совершенно разные вещи. Чтотакое ощущение, чем оно отличается от мышления. И третий пункт Пенроуза в вашем изложении звучит так (переформулирую в стиле вторых «Клерков») — мозг своей активностью создает какую-то штуку, которую невозможно как-то смоделировать. Хех. С таким же успехом можно было бы помолчать. Это никак не обьясняет, как протянуть мостик между физикой и психикой.

                  Извините, но вы меня полностью убедили в антинаучности учения Пенроуза. Предлагаю вам, прежде чем продолжить спорить, почитать лекции по общей психологии Юлии Борисовны Гиппенрейтер, они легко читаются и уже первая глава, в которой обьясняется предмет науки психологии, дает некоторое представление о том, насколько все сложно и насколько дико звучат утверждения Пенроуза (по крайней мере те, которые в википедии и то, что написали вы).
                  • +1
                    Там написано «невозможно должным образом смоделировать вычислительными средствами». Термины сознания, осознания, интеллекта Пенроуз тоже поясняет (для своего контекста). Как и термины вычислимости и невычислимости.

                    Я не утверждаю, что верю в его теорию. Я лишь утверждаю, что она может оказаться верна. Основная предпосылка здесь — следующий факт: «Наблюдатель (точнее, его сознание) неразрывно связан с квантовой системой. Это создает так называемую „проблему измерения“. Явная аппеляция к понятию „сознание наблюдателя“ делается, например, в многомировой интерпретации квантовой механики».

                    Лекции почитаю, спасибо.
  • –11
    Очень важно понимать и разделять 2 понятия: изобретение технологии и внедрение(применение) технологии.

    Ничего не имею против изобретения технологии. Но решительно против внедрения(применения).
    Все знают последствия применения ядерной бомбы над г.Хиросима, последствия которого отдаются отголосками и по сей день.
    Но ведь изначально, когда была изобретена технология, никто не собирался ее применять (хотя она была и создана только для разрушения)…

    Люди уже достаточно внедрились в Природу и Окружающий Мир, сделали все для ее разрушения, теперь принялись за генную инженерию / нанороботов / нанокомпьютеров внутри клетки. Уже и так нет мало изначально здоровых людей, так нет, нужно до конца сломать систему, которая была создана и настроена миллиарды лет назад. За ради чего? Мол, мы вот создали технологию?
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      • –7
        Я — лишь песчинка в море, чтобы что-то предлагать. Я не каменный век и отсутствие прогресса, улучшающего быт. Я лишь против «прогресса», который может привести к абсолютно непредсказуемым последствиям.
        Опять же, как я сказал ранее, я не против изобретения технологии. Я против технологии, которая может быть внедрена в нормальные биологические процессы, уже отрегулированные миллиарды лет назад.
        • +4
          sterligov.livejournal.com
          Вам понравится этот товарищ.
          • +2
            Мицгола на вас нет (с)…

          • +1
            Оххх, почитал, особенно впечатлился письмом нашему дорогому президенту с планом физической ликвидации наркоманов.
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
          • +2
            А вы не смотрели любопытный фильм BBC «Почему вирусы убивают»? Там выдвигается довольно интересная идея, что несмотря на кажущуюся исключительную враждебность вирусов живым организмам те существуют параллельно обычной клетке с самых ранних времен и это как один из балансирующих факторов природы, которые заставляют организм все время быть в тонусе и меняться, что никаком вирусу не выгодно полностью уничтожать организм, такие вирусы не живут. Немного по другому разворачивает картину враждебного к человеку мира, я к этому.
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
            • +2
              Имеется в виду теория «мира РНК?»
              • +1
                Не знал этого термина раньше, но похоже, спасибо за интересную наводку.
                • +3
                  Возможно, с точки зрения этой гипотезы, до этого эволюционным процессам не хватало именно таких (сабж) логических элементов. Все остальные элементы были: перенос данных, хранение данных, теже «генетические» алгоритмы.
                  Хотя, конечно, встает вопрос для чего не хватало? Для подобных размышлений, приходится вводить целесообразность (направленнсть к чему-то) всей эволиции, что довольно близко к креационизму…
                  В любом случае, живые существа, способные производить логические операции на подобном уровне, — это огромный прыжок эволюции, можно сказать «осознанная эволюция». И это даже если не принять во внимание вариант с выходом из под контроля всего этого, ведь в любом случае, все это планируется применять к человеку, а значит человек (теоретически) способен стать подобным существом…
                  / I am the swarm / — говорит мое воображение :)
        • +6
          Предлагаю вам, когда вы в следующий раз пойдете лечить зубы, отказаться от анестезии. Потому что это тоже технология, и она (страшно подумать) внедряется в нормальные биологические процессы, отрегулированные миллиарды лет назад.
    • +5
      Ничего не имею против изобретения технологии. Но решительно против внедрения(применения).

      С наукой бороться бесполезно. Даже в тёмные века, когда у церкви была сила, медики-грешники надругались над могилами усопших, потрошили трупы и занимались прочими непотребствами. Сейчас благодаря им мы имеем медицину. Сейчас «общество против» генной инженерии (генно-модифицированные продукты, эксперименты над зародышами и т.п.), экспериментов над людьми и животными, скоро доберутся до искусственного интеллекта. И вы думаете, что это можно остановить?

      Можно воротить нос и говорить: «Фи, как противно, фи, этого не должно быть», — но всё равно найдутся те, кто будет двигать науку вперёд вопреки вашим законам морали и вашим предрассудкам. Потому что игра стоит свеч. Кто-то — пострадает, но человечество — выживет и станет сильнее. И это главное.
      • –2
        Вы готовы стать этим «Кто-то — пострадает»?
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
          • 0
            Вы знаете, есть очень много программ где вы можете реализовать свою готовность. Например, в испытании на вас новых лекарственных препаратов. Есть большая разница между «Кто-то пострадает» не по своему желанию в следствии такого вот фанатичного настроя испытателя и «я готов пожертвовать собой» сознательно. Я вот не готов жертвовать своей семьей ради даже самого светлого будущего человечества. Особенно, когда жертвовать приходиться не по своей воле.
            И как показывает практика, вероятность быть в числе миллионов пострадавших от присутствия технологии в любой момент далеко не нулевая. Примеров в первой и второй мировых войнах предостаточно.
            Очень печально становится жить, когда целесообразность побеждает необходимость (с) в технологиях в т.ч.
            Так, что мое мнение — без фанатизма друзья, без фанатизма. Технология вещь обоюдоострая.
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • +2
          Почитайте Макиавелли. Там есть о чем поразмышлять.
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • +2
      тоже хотел про это произведение написать, первая ассоциация возникла, когда новость прочел.
  • +3
    [paranoid] Пора остановиться! Сингулярность! СИНГУЛЯРНОСТЬ! [/paranoid]
    • +8
      [fixed] Пора ускоряться! Сингулярность! СИНГУЛЯРНОСТЬ! [/fixed]
    • +1
      Слишком поздно. Alea jacta est.
  • +1
    Ник автора смущает, да еще и первоапрельская паранойя… Надеюсь это не тот случай, ибо статья радует.
  • +2
    Помню где-то в 2000-м я, начитавшись Дрекслера и Винджа, по глупости попытался рассказать одногрупникам про нанороботов, технологическую сингулярность и прочее. Засмеяли конечно. Вот теперь посмотрим, кто будет смеяться последним, ха-ха :)
    • +1
      технологическую сингулярность — потому и сингулярность, что представить что там будет невозможно. Уверен что update человека, всякие матрицы или теория человечество-рой себя не оправдают. Все будет вообще не так! :)
    • +5
      кто будет смеяться последним


      Нанороботы? :)
  • +2
    Интересная деталь:
    В статье на сайте университета (по ссылке в статье) в конце указано, что данная технология имеет статус Public-domain.
    Запилить чтоли свои транзисторы в своих клетках ;)
    • +2
      Да, public domain здесь — чуть ли не самое важное, подобные действия сейчас редкость. А ведь выгоду всем человечеством получать будем…
  • +5
    Скоро xkcd нарисует новый стрип, примерно такой:

    :)
  • +1
    Сеть «Нанотех» А. Лазаревича

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.