DNA-Moleküle als Reagenzglas Computer nutzbar gemacht


Supercomputer, Roboter und das menschliche Gehirn repräsentieren die Artefakte einer langen evolutionären Kette zurück reicht bis eine suppenartige Masse der Moleküle im Meere der Erde vor Milliarden von Jahren schweben. Jetzt sind Forscher zurück zu der ursprünglichen Schleim gegangen, durch die Schaffung einer neuen Art von künstlicher Intelligenz auf Basis von DNA in Reagenzgläsern.

Das daraus resultierende künstliche neuronale Netz basiert auf ein vereinfachtes Modell der wie Gehirnzellen arbeiten, aber verwendet DNA statt der üblichen Silizium-Chips. Es zeigte, dass die biochemische Molekülen wie DNA die Mustererkennung Fähigkeiten des menschlichen Gehirns – ein Trick repliziert werden können, die künftige medizinische Forscher, DNA als EDV Hilfsmittel zu nutzen, zur diagnose von Krankheiten direkt in den menschlichen Körper ermöglichen könnte.

"[Gehirn] kann wir erkennen Muster der Ereignisse, Erinnerungen zu bilden, Entscheidungen und Maßnahmen ergreifen," sagte Lulu Qian, ein senior Postdoc Gelehrter in Bioingenieurwesen an der California Institute of Technology in Pasadena. "Also haben wir gefragt, anstatt ein physisch verbundenes Netzwerk von neuronalen Zellen, kann eine Suppe interagierende Moleküle Gehirn-ähnliches Verhalten ausstellen?"

Jedes Reagenzglas gehalten fein abgestimmte Mischungen der DNA-Stränge, die EDV-Eingang und Ausgang Entscheidungen gemacht durch Aufrasten auf einander und andere Stränge zum Auftakt. Forscher trainiert"" das künstliche neuronale Netz, eine Spiel zu spielen, wo könnte es "vier Wissenschaftler, deren Identitäten auf konkrete Antworten auf vier ja-oder-Nein-Fragen basierten, erkennen".

[Lesen Sie mehr: DNA-Chip wie Druckmaschine für synthetische Biologie]

Wenn das Spiel beginnt, fällt ein menschlicher Spieler DNA-Stränge, Hinweise auf die Identität eines der vier Wissenschaftler in ein Reagenzglas entspricht. Die DNA-Netzwerk verwendet fluoreszierende Signale zu kommunizieren und berechnen die Wissenschaftler, die der Spieler im Sinn hat oder zu entscheiden, dass es nicht genügend Informationen, um ein Wissenschaftler zu wählen haben.

Forscher das Spiel mit 27 verschiedene Möglichkeiten der Beantwortung der Fragen aus insgesamt 81 Kombinationen gespielt, und das Netzwerk hat die richtige Antwort jedes Mal. Das Spiel zeigte aber auch die Grenzen dieses ersten Schrittes in Richtung DNA-computing – das Reagenzglas-Netzwerk dauerte bis zu acht Stunden nur ein Wissenschaftler identifizieren.

Die DNA neuronale Netz ist auch nicht in der Lage, direkt aus Erfahrung zu lernen, weil es Forscher "Erinnerungen implantieren" erfordert basierend auf spezifischen molekularen Konzentration durch Computersimulationen entschieden. Das bedeutet, dass der Ansatz der "neuronales Netz-Prozessor" oder "Lerncomputer" jederzeit schnell erstellen werden nicht.

Eine letzte Herausforderung ist, dass das neuronale Netz der DNA nach jeder Runde der Entscheidungsfindung, aufgebraucht wird, weil die DNA-Stränge nicht lösen und koppeln mit verschiedene Stränge. Forscher haben auch einen langen Weg zu gehen, bevor sie überhaupt daran denken können, über die Installation solcher Netze innerhalb eines Menschen oder sogar eine Zelle.

Dennoch könnten solche biochemisches neuronales Netz schließlich lernen, seine Leistung nach jedem Spiel zu steigern oder neue Erinnerungen aus frischen Erfahrungen zu lernen. Und jetzt, kann es einige Hinweise darauf, wie Intelligenz und komplexe Verhaltensweisen aus der Molekül-Suppe entwickelt haben könnten schwimmende rund um innerhalb der Zellen.

"Bevor sich das Gehirn entwickelt, einzelnen-celled Organismen waren auch in der Lage, Verarbeitung von Informationen, Entscheidungen und handeln als Reaktion auf ihre Umwelt," sagte Qian. "Vielleicht das hochentwickelte Gehirn und die begrenzte Form der Intelligenz in Einzelzellen gesehen teilen ein ähnliches Rechenmodell, die nur in verschiedenen Substraten programmiert ist."

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