Рыбалкина М. Нанотехнологии для всех
Подождите немного. Документ загружается.
343
www.nanonewsnet.ru
ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина
Рис 207. Сенсорная и обрабатывающая подсистема
Рис 208. Транспортная подсистема
344
НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ
этот наноробот не будет обладать искусственным интеллектом,
что говорит в пользу его надежной “управляемости”.
Рассмотрим конструкцию отдельных подсистем наноробота:
Для связи нанороботов друг с другом, а также для формиро
вания навигационной системы полезно будет использовать еще
один тип нанороботов –
ккооммммууннооццииттоовв
, которые будут работать
в виде усилительных станций.
Как медицинские нанороботы будут производить лечение?
Возможно, порцию нужных нанороботов можно будет выпить в
виде таблетки или сделать инъекцию с помощью обычного
шприца. Попадая в кровь, нанороботы распределятся в своеоб
разную сеть и направятся к поврежденным клеткам.
Если повреждение слишком велико, наноробот должен бу
дет проникнуть внутрь клетки (например, с помощью телеско
пических манипуляторов) и выпустить из своих “запасов” фер
менты, запускающие механизм клеточного апоптоза. Если же
“рана” клетки не слишком велика – нанороботы делают инъек
цию других ферментов, которые должны способствовать вос
становлению ДНК и возвращению клетки к нормальной рабо
те. Такие целебные ферменты уже известны, нужно лишь нау
читься доставлять их точно в цель.
Рис 209. Наноробот ремонтирует клетку
На рисунке изображен наноробот, ремонтирующий клетку
in vivo. “Отработав”, нанороботы покинут тело обычным био
логическим путем, а часть из них может остаться в организме на
постоянное “дежурство”.
Нетрудно догадаться, что одной из главных задач, решению
которой призваны служить наномедицинские роботы, является
достижение человеческого бессмертия. Мы стареем и умираем
оттого, что стареют и погибают клетки нашего тела, а благода
ря молекулярным роботам, предотвращающим старение кле
ток, перестраивающим и “омолаживающим” ткани организма,
можно будет достигнуть бессмертия человека, не говоря уже об
излечении безнадежно больных людей.
Что же касается проблемы выхода нанороботов изпод
контроля и их безудержной саморепликации, то, по словам
Фрайтаса, такая ситуация исключена, поскольку роботов будут
делать за пределами организма, а потом вводить и выводить их
по мере необходимости. Если же какойто наноробот и оста
нется внутри, то функция самокопирования у него будет отк
лючена: “Ни один серьезный ученый никогда не предложит
ввести в организм репликаторов, – заявил Фрайтас. – Мы и так
уже имеем вирусы, бактерии и других паразитов, которые могут
копироваться внутри нас, и это достаточно неприятно. Зачем
нам их еще больше?”
В заключение напомним, что описанные наномедицинские
проекты – пока что не более чем теория, нуждающаяся в де
тальном анализе, и для создания подобных медицинских нано
роботов, по прогнозам самих ученых, потребуется еще как ми
нимум 3040 лет.
Проект второй – перенос сознания в компьютер
Смогут ли ученые создать нанороботов по Фрайтасу и дос
тичь с их помощью бессмертия – вопрос спорный. В настоя
щий момент для этого нет ни соответствующей технологии, ни
достаточного числа компетентных специалистов. Однако не
одними нанороботами бредят трансгуманисты, ведь можно соз
дать еще и нейроэлектронные носители сознания, о которых
пишет другой ученый с мировым именем – Рэй Курцвейл,
изобретатель первой технологии оптического pаспознавания
обpазов, pечевого синтезатоpа для чтения текста и первой сис
темы по pаспознаванию человеческой pечи.
345
www.nanonewsnet.ru
ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина
346
НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ
По замыслу Курцвейла, чтобы достичь бессмертия, необхо
димо перенести сознание из человеческого мозга в програм
мноаппаратный комплекс. Это позволило бы довести автоно
мию и скорость принятия решений каждым человеком до мак
симума, а значит повысить его выживаемость в более агрессив
ной среде и сделать его взаимодействие с окружающим миром
более динамичным.
Как известно, нервная система и мозг человека состоят из
множества нервных клеток – нейронов, соединенных между со
бой нервными волокнами, которые нейроны используют для
обмена информацией между собой, а также для получения сиг
налов от рецепторов и передачи управляющих импульсов на
эффекторы. Подобно тому, как в компьютере информация пе
редается в виде электрических сигналов, по нервным волокнам
идут электрохимические импульсы. Нервная система и мозг че
ловека состоят из более чем 100 миллиардов нервных кле
ток.Нейроны были открыты в начале ХХ века.
Рис 210. Схема нейрона
Любое наше действие, от самого простого до самого сложно
го, любая эмоция, от самой слабой до самой сильной, все наши
мысли, от самой тривиальной до самой мудрой, – все это реали
зовано в живом организме как передача особых электрохимичес
ких веществ – нейротрансмиттеров – между нейронами.
Нейроны имеют необычное строение по сравнению с дру
гими клетками организма.
Тело нейрона составляет наибольшую массу самого нейро
на. Оно содержит в себе ядро клетки, в котором хранится нас
ледственная информация. От тела нейрона отходят щупальце
образные отростки, называемые дендритами, и один особенно
длинный отросток, называемый аксон. Нервные клетки и их от
ростки покрыты защитной миелиновой оболочкой, служащей для
электроизоляции нейронов и их отростков. Аксон контактиру
ет с дендритами других нейронов через специальные образова
ния – синапсы, своеобразные усилители и выпрямители нерв
ных сигналов. Таким образом, можно сказать, что наш мозг яв
ляется своеобразной «вычислительной сетью», постоянно (да
же во сне) обрабатывающей информацию.
После рождения в нашем организме не образуется ни одно
го нового нейрона, хотя в начале жизни они даются нам с из
бытком. В течение жизни незадействованные нейроны посте
пенно отмирают, в то время как связи между нейронами с раз
витием мозга множатся и усложняются.
Чем сложнее структура мозга, чем больше в нем соедине
ний между отростками нейроннов, тем более сложные задачи
он способен решать. Здесь действует простая зависимость: чем
больше знаний – тем больше связей. Новые связи формируют
ся только при усвоении новой информации, решении какихто
новых задач. Подобно тому, как невозможно нарастить мышцы,
поднимая каждый день одну и ту же штангу без увеличения наг
рузки, так бесполезно для развития ума всю жизнь решать толь
ко одну хорошо известную задачу. Новых связей не образуется,
а старые клетки потихоньку отмирают, унося с собой и старые
связи. В результате у человека ухудшаются память, внимание,
снижаются умственные способности, он не успевает сориенти
роваться в быстро меняющемся мире.
Вот почему так полезны для развития мозга различные
умственные упражнения – от заучивания стихотворений до ре
шения интегральных уравнений. Потому западные психологи и
рекомендуют людям менять работу каждые пять лет, постоянно
учась чемуто новому, ведь, как заметил английский поэт Алек
сандр Поуп: “Силу уму придают упражнения, а не покой”.
Говоря о нейронах, нельзя не упомянуть и о пагубном воз
действии алкоголя на клетки мозга. К сожалению, в нашем об
ществе без выпивки не обходится ни одно застолье, а между тем
мало кто задумывается над тем, какой непоправимый вред на
носят эти пресловутые “сто грамм” нашему организму. Ведь ал
коголь – это самый настоящий яд для любой живой клетки. Его
основу составляет высокореакционное химическое соединение
347
www.nanonewsnet.ru
ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина
– этиловый спирт (С
2
H
5
OH). Принятый внутрь, алкоголь че
рез 2 минуты попадает в кровь, которая разносит его по всем
клеткам организма.
Не секрет, что клетки нашего тела и особенно клетки мозга
не могут выполнять свои функции без участия кислорода. Если
перекрыть человеку дыхание, он умрет от удушья уже через нес
колько минут. Так вот, алкоголь действует на клетки очень по
хожим образом: он быстро сгорает, вступая в химическую реак
цию с жироподобными веществами, содержащимися в клетках,
“отнимая” у них кислород и воду. В результате клетки обезво
живаются и погибают. Особенно страдают при этом печень,
почки, сердце. Но если эти ткани со временем восстанавлива
ются за счет новых клеток, то клетки мозга, как известно, не об
новляются, поэтому нервная система и головной мозг наиболее
беззащитны перед ядовитым действием алкоголя.
В первую очередь страдают клетки больших полушарий го
ловного мозга. Ухудшается условнорефлекторная деятель
ность человека, замедляется формирование сложных движе
ний, изменяется соотношение процессов возбуждения и тор
можения в центральной нервной системе. Под влиянием алко
голя нарушаются произвольные движения, человек теряет спо
собность управлять собой и превращается в отвратительную
марионетку: пробуждаются низменные инстинкты, сопровож
даемые беспричинной радостью, глупым смехом, суетливостью
или, наоборот, агрессивностью. Пьяный человек может гово
рить и делать то, чего никогда не сказал и не сделал бы, будучи
трезвым. За это алкоголь причисляют к специфическим нерв
ным ядам или наркотикам.
Но “вернемся к нашим баранам”. Согласно современным
представлениям о физиологии мозга, все наши знания и уме
ния существуют в нем как шаблоны межнейронных соедине
ний и концентрации нейротрансмиттеров. И поскольку лич
ность человека – это не столько его тело, глаза, руки и т. д.,
сколько его сознание, его внутреннее “Я”, его память, мышле
ние, эмоции и чувства, то один из возможных путей достиже
ния человеческого бессмертия Рэй Курцвейл видит в переносе
сознания из биологического мозга на искусственный носитель
информации.
Какие аргументы говорят в пользу такого переноса?
348
НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ
Хотя мозг и появился в результате долгого естественного
отбора, его дизайн довольно груб. Нейроны – громоздкие при
боры, работающие в 10 млн. раз медленнее электроники. Они
действуют с частотой всего лишь 200 герц, а сигналы по ним
распространяются со скоростью, не превышающей 150 м/с.
Поскольку с возрастом мы теряем нейроны вместо того, чтобы
наращивать новые, возникает проблема информационного пе
реполнения мозга. Дело в том, что наш мозг, видимо, хранит в
себе всю информацию, которую он получает в течение жизни
(даже то, что кажется давно забытым, хранится гдето в тайни
ках нашего подсознания). Но всякое хранилище информации
имеет ограниченную емкость, а “апгрейдить” биологический
мозг невозможно.
Кроме того, к нейронам невозможен доступ извне, они не
могут принимать и передавать импульсы во внешнюю среду или
быть произвольно перепрограммированы нашим сознанием.
Мы не можем усовершенствовать свой собственный исходный
программный код. Мы не можем делать резервные копии содер
жимого своей памяти. Мы не можем передавать мысли от одно
го мозга к другому. Мы не можем перемещать сознание из одно
го места в другое кроме как физической транспортировкой моз
га, в котором оно работает. Когда хрупкий биологический мозг
повреждается или уничтожается, сознание умирает вместе с ним.
Искусственные же вычислительные устройства всегда пре
восходили мозг в запоминании и обработке информации.
Компьютер может в точности запомнить триллионы фактов,
тогда как мы с трудом запоминаем десяток телефонных номе
ров. Компьютер может осуществлять поиск в базе данных сре
ди миллиардов записей за доли секунды. Он обменивается ин
формацией с другими компьютерами гораздо проще, чем люди.
Комбинация человеческого интеллекта с превосходными спо
собностями компьютера в памяти, скорости и точности комму
никаций может дать нашему сознанию необыкновенные воз
можности.
Как уже было сказано, мозг человека состоит примерно из
100 миллиардов нервных клеток, поэтому для полного описа
ния состояния всех его нейронов требуется примерно 10
15
байт
(100 млрд. нейронов по 1000 соединений и по 10 байт на статус
соединения). На первый взгляд – цифра невероятная, хотя на
349
www.nanonewsnet.ru
ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина
самом деле это память всего лишь тысячи мощных серверов
2004 года. Если получить такую информацию, то гипотетичес
ки можно смоделировать виртуальную нейронную сеть мозга,
которая будет функционировать как живая, то есть “реагиро
вать” на раздражители и “думать” так же, как ее биологический
носитель.
Когда алгоритмы работы мозга будут распознаны, они мо
гут быть реализованы в синтетических эквивалентах нейронов,
которые можно запустить на вычислительном субстрате, в 10
миллионов раз более быстром, чем природные нейроны.
Каким же образом можно получить информацию о состоя
нии каждого из 100 млрд. нейронов? Гипотетически мозг может
быть отсканирован изнутри растворенными в крови наноробо
тами, образующими локальную беспроводную сеть. Наши ка
пилляры устроены так, что они проходят через каждое межней
ронное соединение, каждый нейрон и каждый элемент нейро
на. Отправив по ним миллиарды сканирующих роботов, мы
можем получить карту мозга с разрешением до отдельного ней
рона, отражающую все, что происходит внутри. Более реалис
тичный проект предполагает линейное проникновение в мозг
массива сверхтонких сканирующих электродов на основе, нап
ример, нанотрубок.
Главная проблема сканирования мозга связана с медли
тельностью и несовершенством современной техники, ведь
мельчайшее движение пальца, мысль, эмоция и т. п. ведет к из
менению состояния нейронов в процессе сканирования. Поэ
тому точное сканирование живого мозга может звучать фантас
тично. Но не то же самое ли говорили недавно про сканирова
ние человеческого генома?
Наиболее простое решение этой проблемы, достижимое се
годня – это разрушительное сканирование замороженного
мозга. Суть его заключается в послойном срезании и сканиро
вании отдельного тонкого слоя мозга за другим. Так можно по
лучить информацию о каждом нейроне, соединении и конце
нтрации нейротрансмиттера в каждом слое толщиной с синапс.
Результаты такого послойного сканирования уже можно пос
мотреть в Интернете по адресу www
.nlm.nih.gov/research/visible/
Для эксперимента использовался замороженный труп при
говоренного убийцы, завещавшего свое тело науке и позволив
350
НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ
шего отсканировать его мозг и тело именно таким путем. Те
перь каждый может через интернет посмотреть каждую его
клетку каждой косточки, мускула и пр. Однако сканирование
проводилось с недостаточно большим разрешением, чтобы
воссоздать все межнейронные соединения, узлы и синапсы, яв
ляющиеся главным ключом к копированию индивидуальности
человеческого мозга.
Главного недостатка разрушительного сканирования – ги
бели самого биологического носителя сознания – можно избе
жать, используя технологии неразрушающего сканирования –
ЯМР (ядерномагнитный резонанс), оптическую и инфракрас
ную томографию. Однако эти методы пока еще не способны
различать отдельные нейроны с необходимым разрешением.
Итак, конкретная технологическая реализация искусствен
ных носителей сознания определится по ходу прогресса, одна
ко уже сейчас ясна ее сущность – “супернейроны” бессмертно
го человека будущего могут быть многократно быстрее биоло
гических, полностью читаемыми и перезаписываемыми, сво
бодно программируемыми, способными экспортировать свое
состояние из одного супернейрона в другой и производимыми
в неограниченных количествах.
Человек, перенесший свое сознание на технический носи
тель, начнет с того же IQ, который он имел в прежнем биологи
ческом мозге, но, совершенствуя программное обеспечение и
аппаратуру, он вскоре перейдет к сверхинтеллекту. Представьте
себе сознание, работающее на частоте 200 МГц – это примерно
в миллион раз быстрее, чем обычно. Размышление, которое в
биологическом мозге заняло бы год, будет произведено за 31 се
кунду, а вековые раздумья займут меньше часа! Технические но
сители позволят нашим личностям умнеть, а не глупеть со вре
менем. И еще мы получим интерфейс, позволяющий напрямую
подключаться ко всей нашей машинной инфраструктуре.
За счет электроники может быть “усовершенствован” не
только мозг, но и тело, ведь многие, если не большинство на
ших целей связаны с телом: для каждого важна его внешность,
защита, питание, лечение, удовлетворение его различных пот
ребностей и желаний. Если мы намереваемся переместить ра
зум в искусственную вычислительную среду, мы должны снаб
дить его и новым телом, более функциональным, компактным
и неприхотливым, лучше защищенным от внешних угроз.
351
www.nanonewsnet.ru
ГЛАВА 6. Биотехнологии и наномедицина
То есть бессмертные люди должны быть немного киборга
ми. Не теми неуклюжими механическими андроидами, сплошь
облепленными электронными девайсами и с окровавленной
печатной платой, торчащей из черепа, которых рисовали фан
тасты 70х, а киборгами с новыми, более совершенными, чем
биологические, телами, сконструированными при помощи пе
редовых нанотехнологий, способных нормально функциони
ровать и в космическом вакууме, и на дне океана, используя
преимущества искусственных органов чувств, способных восп
ринимать любые излучения и позволяющие увидеть Вселенную
во всей полноте ее проявлений.
О принципиальной возможности объединения биологи
ческих и электронных компонентов говорят множество разра
боток в области
ннееййррооээллееккттррииччеессккиихх ииннттееррффееййссоовв
– устройств,
позволяющих соединять компьютеры с нервной системой. Так,
в начале 1990х нервные клетки пиявки располагали на поверх
ности транзисторов и пытались установить двусторонний кон
такт между клетками и электронными компонентами. В 1999
году исследователи из Max Planck Institute поместили нейрон
крысы диаметром около 20 мкм на матрицу транзисторов, пок
рытых слоем диоксида кремния. Нейрон жил в растворе элект
ролита на поверхности чипа в течение трех дней. Ученым уда
лось передать информацию в виде импульсов от транзисторов к
нейрону и наоборот. И нейрон воспринимал электрические им
пульсы транзистора как свои!
А в начале 2004 года те же исследователи сконструировали
чип, передающий импульсы от одного нейрона другому. Размер
полученного нейрочипа составил 300 микрон при диаметре ней
рона в 60 микрон. Потом были созданы и более сложные интер
фейсы, например “чипнейроннейрон…нейрончип”, ней
ронные цепи, управляемые микроэлектроникой, и ученые из
Max Planck Institute уже управляли живой пиявкой с компьютера.
Но что там киберпиявка, по сравнению с экспериментами
исследователей из Института Дюка (Северная Каролина) под
руководством профессора Мигуэля Николелиса. Он добился
самой настоящей киборгизации, соединив компьютер с двига
тельным центром мозга крысы 48 проводами. Испытывая ост
рую жажду, крыска беспокойно передвигалась по испытатель
ной комнате. Она нашла предусмотренную учеными кнопку,
352
НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВСЕХ