החזון הוא שיום אחד נבין בצורה מדויקת איך נוצרים זיכרונות

למרות שנים רבות של מחקר ולמרות אלפי נירו־ביולוגים העוסקים בתחום ההבנה שלנו את אופן פעולת המוח, היקף הידע שלנו עדיין לוקה בחסר. המדע מנסה להבין את אחד האובייקטים המרתקים והמאתגרים ביותר ביקום המוכר – המוח האנושי, ותהליך זה כולל את חקר הניטור והקשרים בין תאי עצב, או במילה מדעית אחת – קונקטומיקה (Connectomics).

מהי קונקטומיקה?

המושג ‘קונקטומיקה’ נולד ממשחק מילים עם מונח ‘גנומיקה’ המתאר את מפת הגנים. 

הקונקטומיקה שואפת לשרטט את מפת הקשרים בין תאי העצב במוח. הבנת המוח היא בעיה ביולוגית, אך שרטוט מפת המוח בקנה מידה גדול הוא אתגר בתחום ההדמיה, מדעי המחשב ופיתוח תוכנה. אף על פי שהמוח האנושי נראה כאובייקט קטן, אם מתחילים לחקור אותו במידות של ננומטרים, הנתונים המתקבלים מגיעים לנפח עצום של אקסבייט אחד (מיליון טרהבייט). אבל שם גם טמון הסוד להגברת החדות והיעילות של כלי בינה מלאכותית. 

הקונקטום הראשון – תולעת ה־C. elegans

הקונקטום הראשון הושג בתולעת ה־C. elegans, שנבחרה בזכות מערכת העצבים הפשוטה שלה המורכבת מ־300 תאי עצב בלבד. תהליך המיפוי כלל צילום תמונות ברזולוציה גבוהה של חתכים מהתולעת במיקרוסקופ אלקטרונים ולאחר מכן סימון ידני של כל חוט עצב בתמונות.
תהליך זה נמשך כ־10 שנים לתולעת קטנה בלבד, ולכן ננטש המחקר בקונקטומיקה במשך 20 שנה.

הקונקטום של זבוב הפירות

בשנות ה־2000, בזכות התקדמות הטכנולוגיה, חזרה הקונקטומיקה למרכז הבמה. חוקרים בחרו בזבוב הפירות (Drosophila) כחיית מחקר בזכות מערכת העצבים המורכבת שלו הכוללת זיכרון ולמידה ומוח המכיל כ־100,000 תאי עצב בלבד. מיפוי מוחו של זבוב הפירות הניב מערכי נתונים עצומים שכללו מספר שלבים חישוביים מעיבוד הנתונים הגולמיים ועד ליצירת הידע הביולוגי הנדרש. לולא העזרה של Google Research בתחום זה, המחקר היה נכשל (לינק למחקר של גוגל)

המדריכים תמיד חינמיים, אבל אם בא לכם להתמקצע - יש גם קורס AI בינה מלאכותית למנהלים ובכירים

למידע נוסף >>

פיתוחים טכנולוגיים בקונקטומיקה

הבעיה המרכזית במחקר הייתה זיהוי ומעקב אחר החוטים העצביים במוח. לשם כך פותחה רשת קונבולוציה תלת־ממדית לשיפור תהליך המעקב האוטומטי אחרי תאי העצב. נוסף על כך פותח אלגוריתם Flood Filling המאפשר ‘לצבוע’ את העצמים ולמלא אותם בנפח. פותחה גם תוכנת הדמיה בשם Neuroglancer שאפשרה לצפות במערכי הנתונים ובשחזורים התלת־ממדיים בדפדפן אינטרנט.

לקחים ממיפוי מוחו של זבוב הפירות

אחת המסקנות העיקריות ממיפוי מוחו של זבוב הפירות הייתה שמבנה המוח קשור בקשר הדוק לפונקצייה שלו. צורת תאי העצב נותנת רמזים חשובים לגבי פעילות המוח ותפקידו, ולהבנה הזאת יש קשר ישיר לעיצוב ה’מוח’ של מערכות הבינה המלאכותית שלנו; שכן אם נבין כיצד המוח בוחר להפעיל את עצמו, נוכל תחילה לחקות פעילות זאת ולחסוך המון אנרגייה (compute power) ובהמשך לייצר מערכות קטנות יותר אך מדויקות למשימות מוגדרות. הבנה זו לא הייתה ברורה לפני תחילת המחקר.

היעד הבא – מוח עכבר

היעד הלוגי הבא של הקונקטומיקה הוא מיפוי מוח שלם של עכבר. מוח העכבר גדול פי אלף  מהמוח של זבוב הפירות אך עדיין קטן פי אלף ממוח האדם. במיקרוסקופ אלקטרונים מוח העכבר דומה למוח האדם, ולמעשה הוא גרסה מוקטנת שלו. מיפוי מוח שלם של עכבר לא יהיה פשוט ויצריך טכנולוגיה מתקדמת הן בתחום ההדמיה והן בתשתית המחשוב, אך ייתכן שבתהליך מיפוי מוח העכבר נלמד כל כך הרבה שלא נצטרך למפות מוח אנושי שלם.

המדריכים תמיד חינמיים, אבל אם בא לכם להתמקצע - יש גם קורס מקיף לבינה מלאכותית AI

לפרטים נוספים לחצו כאן >>

איך כל זה קשור לבינה מלאכותית?

כפי שציינתי, הקונקטומיקה והתהליכים הטכנולוגיים הכרוכים בה הם הבסיס לפיתוחים רבים בתחום הבינה המלאכותית. המוח האנושי הוא דגם מורכב של רשת עצבית, והבנת המבנה והתפקוד שלו עוזרת למדענים לפתח רשתות עצביות מלאכותיות (ANNs) המדמות את אופן עיבוד מידע במוח.

למידת מכונה ולמידה עמוקה

למידת מכונה ולמידה עמוקה הם תחומים מרכזיים בבינה מלאכותית, תחומים המסתמכים על רשתות עצביות מלאכותיות. רשתות אלה מתוכננות בהשראת מבנה המוח האנושי, והבנת הקונקטום תורמת לשיפור תהליך התכנון של הרשתות האלה. למשל השיטות שפותחו לזיהוי ולמעקב אחר חוטים עצביים במוח, יכולות לשמש גם בזיהוי דפוסים במערכי נתונים גדולים ולשדר החוצה מגוון רחב של תובנות שלא בהכרח קשורות אחת לשנייה אך נתמכות באותו דאטה סט.

יישומים בתחומים שונים

היישומים של הבינה המלאכותית רבים ומגוונים החל ברפואה, דרך כלכלה וכלה בחינוך ובידור. הבנה מעמיקה של המוח האנושי יכולה להוביל לפיתוח מערכות AI מתקדמות יותר שיכולות לזהות מחלות נפש, לשפר תהליכי למידה ולסייע בקבלת החלטות מורכבות.

מוזמנים להציץ בסרטון קטן שגוגל יצרו במיוחד על הנושא הזה:

השפעת הבינה המלאכותית על שוק העבודה והמבנה הארגוני

היכולת להבין את המוח בצורה מדויקת וליישם את התובנות הללו בבינה מלאכותית תשנה את שוק העבודה ואת המבנה הארגוני בצורה דרמטית. מערכות AI מתקדמות יוכלו לבצע משימות מורכבות ולקבל החלטות שהיו בעבר מנת חלקם של מנהלים בכירים. תהליכי עבודה יתייעלו, וארגונים יוכלו להתמקד ביצירתיות ובחדשנות. האוטומציה של תהליכי ניהול תאפשר למנהלים להתפנות לתחומים אסטרטגיים ולהתמקד בפיתוח כישורים אישיים ויכולות בין־אישיות. התקדמות בתחום הקונקטומיקה והבינה המלאכותית תאפשר גם לארגונים לבנות מבנים ארגוניים גמישים יותר המתאימים לצרכים המשתנים במהירות של שוק העבודה. ארגונים יוכלו לנצל טוב יותר את המשאבים האנושיים שלהם ולשפר את יכולתם לקבל החלטות בזמן אמת בהתבסס על ניתוחי נתונים מדויקים ומעמיקים. השימוש בטכנולוגיות AI מתקדמות צפוי לשנות את דרכי העבודה, לשפר את היעילות וליצור סביבה עבודה הממוקדת יותר בעובד ובצרכיו.

העתיד של הקונקטומיקה והבינה המלאכותית

בעתיד חקר הקונקטומיקה עשוי להוביל לפריצות דרך משמעותיות בבינה מלאכותית. ככל שנבין יותר את תהליך עיבוד המידע במוח, כך נוכל לפתח מערכות AI מתוחכמות ומדויקות יותר. המחקר במוח העכבר הוא שלב חשוב בדרך זו כיוון שהוא מאפשר לנו ללמוד על תהליכי עיבוד המידע במוח ולתרגם תהליכים אלה לעשייה טכנולוגית.

השורה התחתונה

החזון הוא שיום אחד נבין בצורה מדויקת איך נוצרים זיכרונות, ואיך לזהות מחלות נפש או מחלות אחרות, ולשם כך יש ליצור לולאת טכנולוגיה שהיא הרבה יותר ממה שדמיינו שאפשרי לפני כמה עשורים. מה שמרגש במיוחד, הוא היכולת של המחקרים האלה לתת לנו הבנה מעמיקה של המוח האנושי ולהוביל לפריצות דרך חשובות בתחום הנירו־ביולוגיה והרפואה. המאמץ להבין את המוח הוא מאמץ רב־תחומי המצריך שיתוף פעולה בין ביולוגים ובין מדעני מחשב, מהנדסים ועוד. יחד הם עובדים כדי לפענח את התעלומה הגדולה של היקום המוכר – המוח האנושי. והחיבור בין הבינה המלאכותית לקונקטומיקה יוביל לעתיד שיאפשר לנו להבין ולשפר את היכולות האנושיות בצורה שלא דמיינו בעבר.