ידענים: מיחשוב ביולוגי | ננו טכנולוגיה

מאת 4 באוגוסט 2009 38 תגובות

בעתיד הרחוק יסעו מחשבים ביולוגיים בתוך הגוף שלנו, יאתרו תאים סרטניים ויפעלו נגדם. המחקר הנוכחי, שפורסם בכתב העת נייצ'ר ננוטכנולוגי' מציע גירסה אפשרית לממשק תכנותי למחשבים אלה

פרופ' אהוד שפירא. צילום: דוברות מכון ויצמן

פרופ' אהוד שפירא. צילום: דוברות מכון ויצמן

קבוצה בראשות פרופ' אהוד שפירא במכון ויצמן התקדמה שלב נוסף בפיתוח מחשבים ביולוגיים. במאמר חדש, שמתפרסם היום בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology, מתארים פרופ' שפירא, תום רן ושי קפלן, כיצד עלה בידם לפתח מחשבים ננו-ביולוגיים "שחושבים בהיגיון". העיקרון של שרשרת ההסקות שמחשב ננו-ביולוגי עתידני זה עושה בו שימוש, מוכר מן העבר הרחוק – מדובר ביישום עיקרון לוגי שהציע הפילוסוף היווני אריסטו לפני יותר מ-2,000 שנה: "כל בני-האדם הם בני תמותה. סוקרטס הוא בן-אדם. מכאן, שסוקרטס הוא בן תמותה".

מחשב מולקולרי שניתן לתכנות שכוח החישוב שלו הוא מוגבל. הכיוון הוא לא הלעות שלו אלא היכולת של המערכות לבצע אינטראקציה עם מולקולות ביולוגיות והאפליקציות העתידיות שלהם הם אפליקציות רפואיות ולא חישוביות פרופר.

פרופ' שפירא וחברי קבוצת המחקר שלו במכון ויצמן למדע, פיתחו בעבר מערכת חישוב ננו-ביולוגית שטריליון כמותה יכולות לפעול בנוחיות בטיפת תמיסה בודדת. מחשבים ננו-ביולוגיים ראשוניים אלה היו מסוגלים לבצע חישובים פשוטים כמו בדיקת רשימה של ספרות "אפס" ו"אחד", ולמצוא, למשל, האם מספר הפעמים שבהם מופיעה ברשימה הספרה "אחד" הוא זוגי. גירסה מתקדמת יותר של המחשב הננו-ביולוגי, שפיתחו פרופ' שפירא וחברי קבוצת המחקר שלו במכון ויצמן למדע, כבר הייתה מסוגלת לזהות – במבחנה – מולקולה המעידה על התחוללותו של תהליך סרטני, ובתגובה, שיחררה תרופה שבלמה את התהליך.

הפעם הם התקדמו צעד נוסף והטמיעו במחשבים שלהם לוגיקה פסוקית. בשיחה עם אנשים ומחשבים, הסביר פרופ' שפירא כי הלוגיקה הפסוקית שהיא גרסה מנוונת של שפת התכנות פרולוג, מאפשרת לשאול שאלות מורכבות.

כאשר מדעני מכון ויצמן הכניסו למערכת החישוב הננו-ביולוגית שלהם כלל (דוגמת "כל בני-האדם הם בני תמותה"), ועובדה (דוגמת "סוקרטס הוא בן-אדם"), ואז שאלו את המחשב הננו-ביולוגי שאלה (דוגמת "האם סוקרטס הוא בן תמותה?"), ענה המחשב על השאלה בחיוב. המדענים המשיכו ויצרו שאלות מורכבות יותר, שכללו מספר כללים ועובדות שונות, והתקני החישוב הננו ביולוגיים, העשויים ממולקולות של די-אן-אי ואנזימים שונים, הצליחו לחשב ולמצוא את התשובות הנכונות, פעם אחר פעם.

באותה עת, יצרו מדעני המכון גם מהדר מיוחד – תוכנה המסוגלת לגשר בין שפת מחשב ידידותית לבין צופן החישוב של המחשב הננו-ביולוגי. שימוש במהדר איפשר להם להקליד את השאלה כך: "בן תמותה(סוקרטס)?". כדי לחשב את התשובה, מקטעים שונים של די-אן-אי שייצגו כללים, עובדות ושאלות, נאספו באמצעות מערכת רובוטית. בין המולקולות שנאספו, בוצע בשלב זה חיפוש היררכי, במטרה לזהות התאמה גנטית בין מקטעים שונים. התשובה של המחשב הננו-ביולוגי הוצפנה בהבזק אור ירוק: חלק מגדילי הדי-אן-אי נקשרו לחלבון שזוהר בצבע ירוק באופן טבעי, שהוצמד לחלבון שחוסם את האור. אנזים מיוחד שנמשך לאתר של מה שמוגדר כ"תשובה נכונה" מסיר את החלבון החוסם ומאפשר לאור של החלבון הראשון לזהור. טיפות התמיסה שהכילו את הנתונים הננו-ביולוגיים הללו הצליחו בדרך זו לענות נכונה על שאלות מסובכות, כאשר התשובות המורכבות ניתנו באמצעות הבזקי אור בגוונים שונים.

כיום, פיתוחם של המחשבים הננו-ביולוגיים מתקדם במקביל בשני מסלולים. הכיוון האחד, "רופא בתוך התא", מדבר על עתיד שבו מיליארדי מחשבים ננו-ביולוגיים יסיירו בתאי גופנו ויבלמו מחלות עוד לפני שפרצו, ולפני שאנו עצמו מודעים לסכנתן וכמובן, לשפר את יכולת האיבחון במעבדה, מחקרי המסלול השני חותרים לשיכלול הביצועים החישוביים של המחשבים הננו-ביולוגיים.

האם אנו בדרך למחשב ביולוגי כללי?

"זה לא מחשב כללי במובן שהוא לא מכונת טורינג אלא במובן שהוא ניתן לתכנות בנסיבות שכל אוטומט סופי יכול לעשות. באפליקציה הראשונה שהדגמנו במבחנה – לא בתאים חיים, הספיק כוח חישוב מאוד פשוט (אוטומט סופי), עכשיו יש לנו משהו יותר מתוחכם – לוגיקה פסוקית,. התחושה שלי היא שהבעיה העיקרית באפליקציות ביולוגיות היא שעיקר ההשגים לא יבואו מחיזוק יכולת החישוב של המחשב אלא מחיזוק היכולת שלו לפעול בתוך גוף האדם או בתוך תאי אדם במבחנה. בשנים האחרונות התפרסמו מאמרים רבים המתארים ניסויים בהם הודגמה יכולת חישוב בתוך תאים או באמצעות תאים (תכנתו חיידקים שיוכלו לבצע את החישוב).

המחקר הנוכחי לא עוסק בכך כי לא הצלחנו לגרום לכך שהמחשב, העובד בסביבה חיידקית יעבוד גם בסביבת תאים של בעלי חיים, מסיבות טכניות ביוכימיות. עם זאת הבאנו כיוון אפשרי לתכנות, אם בסופו של דבר, המחשב שלנו יעבוד בצורה מוצלחת בתאים – הראינו כיוון או דרך איך לתכנת אותו בצורה יותר מוצלחת."

38 תגובות ל “במכון ויצמן פותח מחשב ביולוגי הניתן לתכנות”

  1. יריב

    ניסים,

    אני אקרא קצת שוב על הנושא, פשוט זכרתי שהם סיימו כבר לדמות את כל חלקי התולעת (נוירונים, החיבורים המדוייקים בינהם, שרירים…) ושהיא מתנהגת בדיוק כמו התולעת האמיתית, ככה לפחות זה נראה בסרטונים שלהם ביוטיוב.

  2. יריב

    יריב
    זה מה שטוען סטיפן לארסן, מתאם הפרוייקט. לפני שנתיים סטיפן אמר שהם מימשו בערך רבע הפרוייקט.
    להבנתי, היום הוא פחות אופטימי…

  3. יריב

    ניסים,

    למה אתה מתכוון כשאתה אומר ״אנחנו לא יודעים היום לדמות תודעה של תולעת״? האם התולעת הוירטואלית שיצרו בפרויקט המפורסם לא מתנהגת כמו תולעת רגילה? באיזה אופן ״התודעה״ שלה שונה מ״תודעה״ של תולעת אמיתית?

  4. ניסים

    חיים סיבוני
    האלקטרוניקה מתקדמת מהר. אבל מכאן ולדמות את התודעה של בן ספציפי המרחק עצום. אנחנו לא יודעים היום לדמות תודעה של תולעת…

  5. חיים סיבוני BSC EE

    אני מהנדס אלקטרוניקה מחשבים ואיכות בתחום Health Care , אני רואה בפיתוח זה חשיבות מדרגה גבוהה ביותר. הרובוט מתקרב בצעדי ענק. אני כעת בגיל 59 , בעוד 10 שנים אני צופה שאהיה רובוט בן 20 בעל אותה זהות ובתוספת שיפורים.

  6. ג'וחה

    איך שהוא תמיד בתגובות לכתבות באתר הדיון נגרר מדו שיח לשיח השמצות של משתתפיו – ונאמר השייג לחוכמה שתקו כבר…. זה שיש לכם קצת שכל בקודקוד לא אומר שכל מי שמדבר ליידכם טיפש או טועה, ושצריך לצקצק לשונות.
    קצת דרך ארץ

  7. מיכאל רוטשילד

    רון דניאל:
    זהו.
    כבר אין לי בעיה של זמן.
    אבל זמן לשטויותיך אין לי.
    אני מניח שכל קורא בר דעת כבר יכול להבין מי אתה ומי אני ואתה מוזמן להמשיך להתבשל בביצה כאוות נפשך.

  8. רון דניאל

    בס"ד
    עמיתי החשדן מיכאל…

    אתה יכול להירגע, לא באמת התבלבלתי מהקשקושים שאתה כותב. זה היה עקיצה, אבל אתה כל כך סתום (אולי כדאי לך לשטוף את המוח קצת) שהעקיצה הזאת עברה לך מעל הראש. אתה זה שמבולבל ומבלבל את עצמך ואת השאר. הטיעונים שלך לא עקביים ואתה שוגה ,מעוות או סותר את עצמך לפחות פעם אחת בכל תגובה.

    אם עיקרון אריסטו מוכר לכל ילד בן יומו ומיותר אפילו להזכיר אותו, מדוע אינך מותח ביקורת על מי שכתב את הכתבה הזאת ? שהוא מסביר את זה זה לא מיותר ?

    באשר לטענתך שחוקי הלוגיקה טבועים בנו גנטית – זה רעיון מקורי שלך ? יש איזה בר סמכא מדעי שיכול לתמוך ברעיון הזה ? באיזה כרומוזום נמצאים חוקי הלוגיקה ? מה שמו של הגן שמכיל או מאתחל אותם ? אנא האר את עינינו בנושא.

    באשר לזמן ניסוח העיקרון הלוגי… קראתי את דבריו של המגיב אגנוס שמסביר שאין קשר בין זמן חתימת התלמוד ובין זמן ניסוח מידת בניין אב. אתה זה שלא עבר על התגובות או שאתה בוחר להתעלם ממה שלא נוח לך לקרוא. התורה שבעל פה כשמה כן היא – היא עברה בעל פה מדור לדור ואיתה 13 המידות שבהן התורה נדרשת (כולל בניין אב). רק במועד מאוחר היא הועלתה על הכתב.

    ואיך זה שאני כותב משהו שלא נראה לך אני "מנסה למכור" או " מנסה לגייס"ושמישהו אחר מגיב זה סתם תגובה ? אתה לא רק סתום אלא גם דמאגוג – אני התייחסתי לגופו של עניין ואתה זה שעבר לעקיצות ו-'מחמאות' אישיות. ניכר מכל תגובה שהעוינות שלך כלפי הדת העבירה אותך מדעתך.

  9. מיכאל רוטשילד

    רון דניאל:
    ___________________באמס"ע
    טוב שאתה מכיר בכך שעכשיו אתה מבולבל.
    חבל שאינך מכיר בכך שזה מצבך לאורך כל הדיון הזה וכנראה לאורך כל חייך.
    האם לא קראת את תגובתי הראשונה בה אמרתי שעיקרון זה מוכר לכל ילד בן יומו?
    האם לא קראת את דברי אחרים שהראו לך שאפילו את ניסוח העיקרון הגו אנשים לפני שטופי המוח שאתה מנסה לגייס לעניין?
    האם אינך מסוגל לומר דבר אחד נכון?
    והכי חשוב – האם אי פעם טענתי שאדם שטוף מוח כמוך אינו מסוגל לומר דבר נכון?
    אינני יודע, למשל, אם שמך באמת רון דניאל אבל אני מרשה לעצמי להניח שטענתך בנושא זה נכונה על אף שטיפת המוח שלך.

הוספת תגובה

  • (will not be published)