Учёные разработали искусственную нейронную сеть из ДНК

Исследователи из Калифорнийского технологического института разработали искусственную нейронную сеть из ДНК, которая способна определять биомалекулы. Учёные планируют использовать новую технологию для диагностики заболеваний. На первом этапе она уже может выявлять холестерин и глюкозу в крови. В перспективе количество обнаруживаемых биомалекул будет увеличено до нескольких сотен, что существенно расширить диагностические возможности.

Иллюстрация искусственной нейронной сети из ДНК

Работа проводилась в лаборатории Лулу Цянь, доцента кафедры биоинженерии, и является важным шагом в демонстрации способности программировать искусственный интеллект в синтетические биомолекулярные цепи.

«Хотя ученые только начали изучать создание искусственного интеллекта в молекулярных машинах, его потенциал уже неоспорим, — говорит Цянь. — Каждый человек имеет более 80 миллиардов нейронов в головном мозге, с помощью которых он принимает очень сложные решения. Более мелкие животные, такие как круглые черви, могут принимать более простые решения, используя всего несколько сотен нейронов. В этой работе мы разработали и создали биохимические схемы, которые функционируют как небольшая сеть нейронов, чтобы классифицировать молекулярную информацию значительно сложнее, чем это было возможно ранее».

Искусственные нейронные сети — это математические модели, вдохновленные человеческим мозгом. Несмотря на то, что искусственные нейронные сети значительно упрощены по сравнению с их биологическими аналогами, они функционируют как сети нейронов и способны обрабатывать сложную информацию. Конечной целью лаборатории Цянь для этой работы является программирование интеллектуального поведения (способность вычислять, делать выбор и многое другое) с помощью искусственных нейронных сетей, сделанных из ДНК.

Чтобы проиллюстрировать возможности нейронных сетей на основе ДНК, аспирант лаборатории Qian Кевин Черри выбрал задачу, которая является классическим вызовом для электронных искусственных нейронных сетей: распознавание почерка.

Кевин Черри продемонстрировал, что нейронная сеть, сделанная из тщательно разработанных последовательностей ДНК, может выполнять предписанные химические реакции, чтобы точно идентифицировать «молекулярный почерк.«В отличие от визуального почерка, который меняется в геометрической форме, каждый пример молекулярного почерка на самом деле не принимает форму числа. Вместо этого каждый молекулярный номер состоит из 20 уникальных нитей ДНК, выбранных из 100 молекул, каждая из которых представляет отдельный пиксель в любом шаблоне 10 на 10. Эти нити ДНК смешиваются в пробирке.

Внешне, готовая нейронная сеть из ДНК представляет собой жидкость в пробирке, куда помещается биологический материал. В зависимости от того, на какие биомаркеры она настроена, жидкость начнёт излучать свет (флуоресцентный сигнал) определённого цвета, например, красного, зелёного, синего.
Цянь и Черри планируют разработать искусственные нейронные сети, которые смогут учиться, формируя «воспоминания» из примеров, добавленных в пробирку. Таким образом, говорит Цянь, одного и того же «умного супа» можно обучить выполнять разные задачи.

Источник: ScienceDaily

Министерство здравоохранения РФ
Федеральная служба по надзору в сфере здравоохранения
Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека
Министерство здравоохранения УР
Анкета для оценки качества оказания услуг медицинскими организациями
Электронный портал государственных услуг