Сохранение информации

В принципе клеточные биокомпьютеры могут быть запрограммированы для автоматического преобразования полученного сигнала в совершенно конкретные действия. Они могут быть использованы не только для маркирования больных клеток, предназначенных для последующего лечения, но и смогут переключаться на терапевтическое воздействие самостоятельно.

По сообщениям американского журнала Science, другие американские ученые собрали из молекул РНК клеточный биокомпьютер, способный выполнять логические операции, работать внутри живой клетки и реагировать на сигналы извне и изнутри нее. Устройство, которое может обрабатывать информацию, находясь внутри живой клетки, может найти широкое применение в биотехнологических системах и медицине, в том числе в диагностике рака и доставке лекарств в нужную точку организма.

Авторы исследования, биологи из Калифорнийского технологического института Маун Ньян Вин (Maung Nyan Win) и Кристина Смоулк (Christina Smolke) собрали клеточный биокомпьютер, работающий внутри клетки дрожжей. Для его создания они использовали короткий фрагмент РНК-молекулы, передающей генетическую информацию в клетке и способный присоединяться к определенным видам молекул (аптамер). Он играл роль приемника входящего сигнала. Молекула ферментативной РНК трансформировала этот сигнал, а специальная молекулярная последовательность, состоящая из двух частей, работала как трансмиттер. Эта система имеет модульную структуру. Из набора таких фрагментов могут быть созданы логические вентили и логические блок-схемы, которые соответствуют элементам обычного электронного компьютера.

Можно сказать, что в принципе уже создан клеточный или биомолекулярный компьютер. Он позволяет "программировать" молекулы таким образом, что они могут осуществлять "команды" человека непосредственно внутри клеток. Такие клеточные биокомпьютеры в перспективе дадут возможность манипулировать биологическими системами напрямую.

Ученые считают, что достаточно запустить специальную генетическую программу, и наш организм сможет под ее руководством самостоятельно построить клеточный биокомпьютер. Важнейшим результатом создания подобных биокомпьютеров ученые считают возможность направлять лечение только на злокачественные или больные клетки, не затрагивая здоровые.

Всемирно известные физики Фриц Лондон и Нильс Бор утверждали, что квантовый феномен проявляется не только в физике, но и в биологии. Следовательно, квантовые и биокомпьютеры имеют определенную взаимосвязь, которая в настоящее время еще мало изучена. В этом контексте доктор биологических наук, академик РАЕН П.П. Горяев считает, например что биокомпьютер - это квантовый биокомпьютер, основанный на принципах "волновой генетики, волнового генома и волнового генетического кода". Классическая генетика, по мнению П.П. Горяева, оперирует "чисто вещественными понятиями генов и хромосом", что в целом правильно. Однако у генов и хромосом имеется квантовая, волновая компонента в соответствии с принципами квантовой механики. По его мнению, ДНК человека, во-первых, является излучателем электромагнитных и звуковых полей. Во-вторых, хромосомы человека и не только человека, но и всех многоклеточных организмов являются еще и голограммами.

Таким образом, биологические системы содержат в себе "голографический видеофильм", который является своего рода руководством по развитию эмбриона из начального состояния одной клетки до взрослого многоклеточного организма. Всеми этими процессами, как считает П.П. Горяев, и управляет хромосома, которая представляет собой в некотором роде квантовый биокомпьютер.

Недавние исследования подтвердили, что электромагнитные волны и сигналы представляют собой важнейший элемент в обеспечении функционирования ДНК. Частично это функционирование обеспечивается ультрафиолетовым излучением, создающим фотоны, которые, как экспериментально было доказано, способны усилить метаболические реакции в тысячу раз. Другим аспектом здесь является "электромагнитный язык", используемый для коммуникаций между ДНК и клетками. Важный элемент в функционировании ДНК - система передачи информации. Другими словами можно считать, что ДНК - это своего рода "квантомеханический биокомпьютер", работающий на биоволнах.

Однако все эти гипотезы имеют и жестких противников. Квантовая физика и молекулярная биология до недавнего времени развивались как отдельные научные дисциплины. Однако теперь можно говорить о конвергенции квантовой механики и биологии. В результате появилась новая дисциплина - квантовая биология, что исключительно важно для создания квантового биокомпьютера.

Нейрокомпьютеры - это и компьютеры, и роботы, состоящие из биологических компонентов и/или элементов, которые имеются в органических нейронных структурах мозга.

В человеческом мозге происходят постоянные изменения на клеточном уровне, так как в мозг поступает различная информация, которую он кодирует и направляет в память. Человеческий мозг сконструирован природой из сотен миллиардов взаимосвязанных клеток, нейронных и глиальных тканей. Нейроны получают, обрабатывают и передают электрохимические импульсы. Глиальные клетки обеспечивают физическую и электрохимическую поддержку деятельности нейронов. Вместе эти ткани составляют органическую нейронную сеть с примерно триллионом динамичных нейронных связей.

Считается, что память кодируется изменениями в относительной силе электрохимических импульсов и колоссальным количеством связей между нейронами. Некоторые ученые полагают, что не только нейронные структуры мозга меняют паттерны электрохимических импульсов, но и сами паттерны импульсов изменяют нейронные структуры. С точки зрения синергетики это делает мозг гораздо более гибкой и самоорганизующейся системой, чем традиционные компьютеры с использованием кремниевых технологий. С другой стороны, электрохимические процессы на клеточном уровне формируют базовую основу различных функций мозга, что в принципе отличается от процессов, происходящих в современных компьютерах.

В соответствии с существующими научными концепциями нейрокомпьютеры или роботы, смоделированные на основе нейронных сетей, смогут обучаться, приобретать новые знания и функции, которые не были запроектированы их создателями. Они будут способны адаптироваться к изменениям окружающей среды, понимать человеческую речь, жесты, реагировать как на вербальные, так и другие команды человека. Искусственные нейроны будут включать как параллельные, так и резервные компоненты обработки информации. Это позволит им быть более толерантными и гибкими в когнитивных процессах обучения.

Американский ученый Билл Дитто из Технологического института штата Джорджия провел эксперимент, подсоединив микродатчики к нескольким нейронам пиявки. Он обнаружил, что в зависимости от входного сигнала нейроны образуют новые взаимосвязи. Вероятно, биологические компьютеры, состоящие из нейроподобных элементов, в отличие от кремниевых устройств, смогут искать нужные решения посредством самопрограммирования. Б. Дитто предполагает использовать результаты своей работы для создания мозга роботов.

При создании нейрокомпьютеров важнейшим элементом будут нейрочипы. Первый в мире нейрочип, который объединил в себе электронные элементы и нейроны, был создан в Германии. Основная проблема в создании нейрочипов - сложность фиксации нервных клеток в соответствующем положении. Дело в том, что когда клетки начинают образовывать взаимные соединения, то они смещаются, а это недопустимо в нейрочипах и, следовательно, в нейрокомпьютерах. Ученым Германии удалось избежать этой ситуации. Взяв нейроны улитки, они закрепили их на кремниевом чипе при помощи микроскопических пластмассовых держателей. В итоге каждая клетка оказалась соединена как с соседними клетками, так и с чипом. Таким образом, им удалось, подавая через биочип электрические импульсы на определенную клетку, управлять всей биосистемой.

Создание нейрокомпьютерных элементов и систем имеет коллосальный потенциал для разработки высоких прорывных технологий XXI в. Нейрочипы позволят создать более совершенные, способные к обучению компьютеры, а также протезы для замены поврежденных участков мозга и высокочувствительные биосенсоры.

Идея создания искусственного интеллекта AI получила наибольший импульс в 1980-е гг. В 1990-е гг. был достигнут определенный успех, связанный с созданием системы Deep Blue, успешно игравшей в шахматы с чемпионом мира Каспаровым. Фактически разработчики AI почти всегда сталкивались с научными аспектами изучения интеллекта и познавательных особенностей мозга человека. Когнитивная наука получила особый импульс развития в последние годы, сделав научные открытия в познании когнитивных функций человека.

В Великобритании в рамках правительственной программы "Форсайт" имеется "Проект когнитивных систем", а также проект "Наука о мозге, зависимость от наркотиков и медикаментов". Одно из форсайтинговых исследований последнего проекта относится, к "лекарственным усилителям" когнитивных способностей здорового человека и лечения больных, страдающих психическими заболеваниями, например шизофренией.

Как считают некоторые эксперты, машины, обладающие сознанием и разумом, требуют наличия в них чувственной системы, так как чувственная информация на входе в машину наряду с памятью и обработкой поступающей информации - важнейший компонент системы, квалифицируемой как "машинное сознание", или "искусственный интеллект". Мозг человека получает сенсорную информацию из внешнего мира, предварительно обрабатывает ее, запоминает, анализирует и принимает решения на основе результатов этого анализа. Предварительная обработка поступившей информации осуществляется в подсознании человека и в значительной степени сенсорными нейронами. Считается, что внутренние сенсорные обратные связи - критический компонент сознания. Можно сказать, что некоторая имитация этой системы уже существует в так называемых CAW-чипах.

В принципе идея искусственного интеллекта базируется на ряде оценок и достижений, связанных с тенденциями развития "прорывных" высоких технологий. Одна из этих тенденций - миниатюризация и доведение до наноуровня компьютерных систем, беспроводных сетей и силовых технологий. Это дает возможность встраивать такие технологии в живые организмы, клетки, бактерии и т.д. В этом случае на уровне живых систем происходит как бы "сдваивание" реального пространства с цифровым, виртуальным.

Одной из таких технологий, содействующих "сдваиванию", станет маркировка товарной продукции, изготовленной по заказу клиента, и идентификация самого заказчика на основе использования радиочастотных идентификаторов, связанных с соответствующей сетью. Практически всему населению, которое является заказчиком той или иной продукции, в перспективе будут вмонтированы соответствующие чипы, соединенные с нервной системой человека, определяющей его потребности, желания и мысли в отношении той или иной продукции и передающей эту информацию разработчикам и производителям.

С другой стороны, наличие связи заказчика с информационной сетью будет давать возможность получать из этой сети интересующую его информацию о продукте, основах его эксплуатации, ремонте и т.д. Таким образом, будет обеспечена прямая и обратная связь в цепочке "наука - технологии - производство - рынок", т.е. в перспективе будет возможна кастомизация или персонализация самого инновационного процесса, создания и использования инновационного продукта или услуги. Вместе с тем реализация такой технологической схемы может привести и к социальным бифуркациям.

Как считают европейские эксперты, наиболее активно развивающаяся область конвергенции технологий - биоинформатика. Как это обычно бывает с инновационными направлениями науки и технологий, особенно на современном этапе инновационного развития конвергированных технологий, границы, определяющие новые научные дисциплины, довольно сильно размыты. Даже понятие "бионформатика" в мировой практике тоже четко не определено и имеет несколько значений: теоретическая биология, вычислительная и математическая биология, биокомпьютеризация и др. В целом биоинформатика использует методы прикладной математики, статистики и информатики. Проблематика искусственного интеллекта имеет прямое отношение к биоинформатике и к так называемой эре геномики.

Как известно, ген - это материальный носитель наследственной информации. В молекулярной биологии установлено, что гены - это участки ДНК, несущие какую-либо целостную информацию, например, о строении одной молекулы белка или одной молекулы РНК. Эти и другие функциональные молекулы определяют рост и функционирование организма. Геном - это совокупность всех генов организма, его полный хромосомный набор.

С ростом количества данных уже давно стало невозможным вручную анализировать последовательности ДНК. Поэтому сейчас для поиска по геномам тысяч организмов, состоящих из миллиардов пар нуклеотидов, используются компьютерные программы, которые могут сопоставить похожие последовательности ДНК в геномах разных видов. Другой пример - применение компьютерного анализа для автоматического поиска генов и регуляторных последовательностей в самом геноме. Разработка алгоритмов выявления кодирующих белки участков генома - это важнейшая задача современной биоинформатики.

В последние годы были разработаны генные чипы, предназначенные для идентификации десятков тысяч последовательностей ДНК, имея в виду, что комбинация некоторых типов генов может быть ответственна за появление в организме человека соответствующих наследственных заболеваний. Если один такой чип может быть ответствен за идентификацию порядка 10 тыс. генов, то в целом интерпретация такого массива генной информации организма человека и его обработка потребуют создания искусственного интеллекта. Это связано и с тем, что биологические данные исключительно сложны и их не может осмыслить даже такой мощный аппарат, как мозг человека.

К ИКТ (информационно-коммуникационным технологиям) относится комплекс методов, производственно-технологических процессов и программных средств, объединяемых для сбора, обработки, хранения, распространения, визуализации окружающего мира и знаний, и других форм информации, накопленной человечеством, в интересах конкретных пользователей, таких как индивидуумы, системы управления в промышленности, экономике, в государственном управлении, банковских системах и т.д. Некоторые эксперты считают, что ИКТ - это "термин-зонтик", который интегрирует любое коммуникационное оборудование и его различные формы использования как то радио, телевидение, мобильные телефоны, компьютеры, компьютерные программы, Интернет, компьютерные сети, спутниковые системы, проведение видеоконференций, осуществление видеотелефонных переговоров, дистанционное образование и медицина, электронные библиотеки и пр.