‫מדעי העצב – פרויקט המוח האנושי / הנרי מרקרם‬

בניית הדמיה דיגיטלית מקיפה של המוח עשויה לשנות את פני מדעי המוח והרפואה, ולחשוף דרכים חדשות ליצור מחשבים חזקים עוד יותר

אטלס של קישוריות מוחית של מסילות עצביות (תרומתו של חוקר CONNECT דניס לה-ביהן וציוותו). באדיבות ד"ר יניב אסף, אוניברסיטת ת"א
אטלס של קישוריות מוחית של מסילות עצביות (תרומתו של חוקר CONNECT דניס לה-ביהן וציוותו). באדיבות ד"ר יניב אסף, אוניברסיטת ת"א

הגיע הזמן לשנות את האופן שבו אנו חוקרים את המוח. הביולוגיה הרדוקציונסטית, הבוחנת כל אחד מחלקי המוח בנפרד ואת המעגלים העצביים והמולקולות הפועלות בו, הביאה אותנו רחוק מאוד, אך היא אינה מסוגלת להסביר את דרך הפעולה של המוח האנושי – מעבד המידע הטמון בגולגולת שלנו שאולי אין לו מקבילה ביקום כולו. עלינו להרכיב ולא רק לפרק, לבנות ולא רק לנתח. לשם כך אנו זקוקים לפרדיגמה חדשה, שתשלב הן את האנליזה המפרקת והן את הסינתזה הבונה. אבי הרדוקציוניזם, הפילוסוף הצרפתי רנה דקארט, כתב על הצורך לחקור את החלקים ולאחר מכן להרכיבם שוב כדי ליצור מחדש את השלם.

חיבור הדברים כדי ליצור הדמיית מחשב מלאה של המוח האנושי היא מטרתו של פרויקט שמנסה לבנות כלי מדעי חדש ופנטסטי. שום דבר כזה מעולם לא נבנה, אך אנחנו התחלנו במשימה. דרך אחת לחשוב על הכלי הזה היא כעל מדמה הטיסה רב העוצמה ביותר שנבנה מעולם, אלא שבמקום לדמות טיסה באוויר, הוא ידמה מסע בתוך המוח. "המוח הווירטואלי" הזה ירוץ על גבי מחשבי-על וישלב את כל הנתונים שמדעי המוח הפיקו ויפיקו עד אותו רגע.

מוח דיגיטלי ישמש כמשאב לכל הקהילה המדעית. חוקרים יזמינו מראש תור להרצת ניסויים עליו כפי שהם עושים כיום עם הטלסקופים הגדולים ביותר. הם ינצלו אותו כדי לבחון תיאוריות על אופן הפעולה של המוח האנושי הבריא והחולה. הם יגייסו את ההדמיה לא רק כדי לפתח אבחונים לאוטיזם ולסכיזופרניה, אלא גם לפיתוח טיפולים חדשים לדיכאון ולמחלת אלצהיימר. החיווט של עשרות טריליוני מעגלים עצביים ישמש השראה לתכנון מחשבים דמויי-מוח ורובוטים אינטליגנטיים. בקיצור, זו תהיה מהפכה במדעי העצב, ברפואה ובטכנולוגיית המידע.

מוח בקופסה

מדענים יוכלו להריץ את ההדמיות הראשונות של המוח האנושי בסוף העשור הנוכחי, כשמחשבי העל יהיו חזקים דיים לבצע את כמות החישובים העצומה הנדרשת לשם כך. אין צורך לפענח מראש את כל מסתורי המוח כדי לבנות את המכשיר הזה. במקום זאת, המכשיר עצמו ייצור מסגרת שלתוכה נטמיע את מה שאנחנו כבר יודעים, ושתאפשר לנו לחזות בחישוב את מה שאיננו יודעים. התחזיות האלה יראו לנו להיכן כדאי לכוון את הניסויים העתידיים כדי למנוע בזבוז של עבודה. הידע שיצטבר ישולב בידע הקיים, וה"חורים" יתמלאו בפרטים שיהיו יותר ויותר קרובים למציאות, עד שנקבל בסופו של דבר דגם מאוחד של המוח, שישחזר אותו במדויק מרמת המוח השלם ועד לרמת המולקולות.

בניית הכלי הזה היא מטרתו של פרויקט המוח האנושי (HBP), יוזמה שכוללת כ-130 אוניברסיטאות ברחבי העולם. זהו אחד משישה פרויקטים המתחרים על פרס יוקרתי שעשוי להגיע למיליארד אירו, שיעניק האיחוד האירופי במשך עשר שנים לכל אחד משני המנצחים, שיוכרזו בפברואר 2013.

אנחנו זקוקים למחשב ההדמיה הזה משתי סיבות לפחות. באירופה לבדה סובל כל אדם שלישי ממחלת מוח, ובסך הכול כ-180 מיליון בני אדם – והמספר ילך ויגדל ככל שהאוכלוסייה מתבגרת. מלבד זאת, חברות התרופות אינן משקיעות בטיפולים חדשים במערכות העצבים החולות. מבט הוליסטי על המוח יאפשר לנו לסווג מחדש את המחלות האלה במונחים ביולוגיים, במקום כאוספים של תסמינים. בעזרת זווית המבט הרחבה החדשה נוכל להתקדם ולפתח דור חדש של טיפולים, שיתמקדו בפגיעות העומדות בבסיס המחלות.

הסיבה השנייה היא שעולם המחשבים הולך ומתקרב לחסמים שימנעו התפתחות נוספת. המחשבים של היום אינם מסוגלים לבצע משימות רבות שמוחות של בעלי חיים מבצעים ללא קושי, על אף הגידול התמידי בכוח העיבוד. לדוגמה, מדעני מחשבים אמנם התקדמו מאוד בתחום הזיהוי החזותי, אך המכונות עדיין מתקשות להפיק מידע מן ההקשרים המופיעים בתמונה, או להשתמש בחלקים אקראיים של מידע לצורך חיזוי אירועים עתידיים כפי שהמוח מסוגל לעשות.

זאת ועוד, מכיוון שמחשבים חזקים יותר זקוקים ליותר אנרגיה, אנו מתקרבים לנקודה שבה אספקת הדרישה לא תהיה עוד מעשית. הביצועים של מחשבי העל כיום נמדדים ביחידות של פֶּטָה-פְלופּים (petaflops) – מיליון-מיליארדים, או 1015, פעולות לוגיות מדי שנייה. הדור הבא, שצפוי להופיע בסביבות 2020, יהיה מהיר פי אלף ויימדד באֶקסָה-פלופים – מיליארדי מיליארדים של פעולות בשנייה. המחשב הראשון בקנה מידה כזה יצרוך, כנראה, כ-20 מגוואט חשמל, בערך כמו עיר קטנה בחורף. אם ברצוננו ליצור מחשבים חזקים יותר, שיבצעו כמה מן הדברים הפשוטים אך השימושיים שבני האדם מסוגלים לעשות ותוך חיסכון באנרגיה, נזדקק לאסטרטגיה חדשה ומהפכנית.

המוח האנושי, לעומת זאת, מנצל רק כ-20 ואט, כמו מנורה קטנה, כדי לבצע מגוון פעולות תבוניות – מיליונית מן האנרגיה שיצרוך מחשב האקסה-פלופים. הגיוני אפוא לנסות לחקות את אופן פעולתו. אבל לשם כך עלינו להבין את הארגון רב-הרמות של המוח, מן הגנים ועד להתנהגות. הידע כבר מצוי במקומות שונים, אבל אנחנו צריכים לאחדו. והמכשיר שלנו ישמש פלטפורמה שעליה נוכל לעשות זאת.

המבקרים אומרים שאי אפשר להשיג את היעד שלנו למידול המוח. אחת הטענות העיקריות שלהם היא שאין אפשרות לשחזר את הקשרים שבין מאה טריליוני הסינפסות שבמוח, מכיוון שאיננו יכולים למדוד אותם. אכן, אין לנו יכולת למדוד את רשת הקשרים, אך גם אין לנו כוונה לנסות לעשות זאת, או לפחות לא את כולה. אנחנו מתכוונים לשחזר את מגוון הקשרים בין תאי המוח באמצעים אחרים.

המפתח לגישה שלנו הוא לשחזר את התכנית הבסיסית שלפיה המוח בנוי: אוסף הכללים שהנחה את יצירתו לאורך האבולוציה, ושעושה זאת מחדש בכל עובר מתפתח. באופן תיאורטי, הכללים האלה הם כל מה שאנחנו צריכים כדי להתחיל לבנות מוח. הספקנים צודקים: המורכבות שנוצרת היא עצומה, ומכאן הצורך שלנו במחשבי-על שיכילו אותה, אך גילוי הכללים עצמם היא בעיה מעשית הרבה יותר, ואם נפתור אותה, אין שום סיבה שלא נצליח להחיל אותם בדיוק כפי שעושה הביולוגיה ולבנות מוח בתוך "מבחנה" וירטואלית.

סוג הכללים שאנחנו מדברים עליהם הם אלה השולטים בגנים היוצרים את תאי המוח השונים, ובתכניות הקובעות את סידור התאים ברחבי המוח ואת החיבורים ביניהם. אנחנו יודעים שכללים כאלה קיימים, מכיוון שגילינו חלק מהם בעת שהכנו את התשתית ל-HBP. התחלנו בכך לפני כמעט עשרים שנה, כשמדדנו את המאפיינים של תאי עצב יחידים. אספנו כמויות עצומות של נתונים על התכונות הגאומטריות של סוגי תאי עצב שונים, ושחזרנו מאות מהם במחשב בהדמיות תלת-ממדיות. כמו כן, תיעדנו את התכונות החשמליות של תאי העצב בעזרת שיטה מפרכת הקרויה "Patch Clamping", שכרוכה בהצמדת חוד מיקרוסקופי של פיפטת זכוכית דקה אל קרום התא כדי למדוד את המתח בתעלות היונים המצויות בו.

ב-2005 היה צורך במחשב רב-עוצמה ובעבודת דוקטורט של שלוש שנים כדי לבנות דגם ממוחשב של תא עצב יחיד. עם זאת, ידענו שיעדים שאפתניים יותר ייעשו מעשיים בקרוב, ושנוכל לבנות מודלים של חלקים גדולים יותר במוח אפילו אם איננו יודעים עליהם הכול. במכון Brain Mind שבמכון הפדרלי השווייצרי לטכנולוגיה בנינו את אחת הגרסאות המוקדמות של HBP, פרויקט שנקרא Blue Brain. הרעיון היה לבנות "מודלים ממוחשבים מאחדים" שישלבו את כל התיאוריות והנתונים הקיימים לגבי חלק מסוים במוח ולנסות לפשר במודלים האלה בין נתונים סותרים והדגשה של הנקודות שבהן חסר לנו מידע.

ביולוגיה של סינתזה

כדי לנסות את רעיון המודל המאחד, החלטנו לבנות מודל כזה של מבנה מוחי של קליפת המוח הקרוי עמודה קורטיקלית. העמודות האלה הן המקבילות המוחיות של המעבד במחשב אישי. אם להשתמש במטפורה גסה, אם היינו מחדירים לקליפת המוח מכשיר זעיר הפועל כמו מוציא ליבות של תפוחים ושולפים בעזרתו גליל של רקמה מוחית שקוטרו חצי מילימטר וגובהו מילימטר וחצי, היינו מקבלים עמודה. בתוך הרקמה הזאת יש רשת צפופה מאוד של עשרות אלפי תאים. התכנון הזה של רכיב לעיבוד מידע יעיל כל כך עד שמרגע שהאבולוציה הגיעה אליו, היא המשיכה להשתמש בו שוב ושוב עד שלא נותר מקום בגולגולת, והקליפה נאלצה להתקפל לתוך עצמה וליצור מרחב נוסף. זו הסיבה לפיתולים שעל פני המוח שלנו.

העמודה חוצה את שש השכבות האנכיות של הנאו-קורטקס, השכבה החיצונית של קליפת המוח, ואת הקשרים העצביים בינו לבין שאר המוח, המאורגנים באופן שונה בכל שכבה. הארגון של הקשרים האלה מזכיר את האופן שבו שיחות טלפון מקבלות מספרים בהקצאה ומנותבות דרך מרכזת טלפונים. בתוך כל עמודה יש תאי עצב מכמה מאות סוגים. בעזרת מחשב העל שברשותנו, Blue Gene של IBM, שילבנו את כל המידע הזמין על האופן שבו סוגים אלה משתלבים בכל שכבה, עד שהגענו ל"מתכון" ליצירת עמודה כמו זו המצויה במוח של גור חולדות שזה אך נולד. הורינו למחשב לאפשר לתאי העצב הווירטואליים להתחבר בכל האופנים שבהם תאים אמיתיים מתחברים – ורק בהם. נדרשו לנו שלוש שנים ליצור את התוכנה המתאימה, שאפשרה לנו בתורה ליצור את המודל המאחד הראשון של עמודה. זו הייתה הדגמת היכולת הראשונה של מה שאנחנו מכנים "ביולוגיה של סינתזה" – הדמיה של המוח באמצעות מכלול הידע הביולוגי, ושימוש בהדמיה זו כדרך חדשה ומעשית לביצוע מחקרים.

הדגם שבנינו אז היה דגם סטטי, מקביל לעמודה במוח בתרדמת. כדי לגלות אם היא תתחיל להתנהג כמו עמודה חיה אמיתית (אם כי כזאת שנותקה מרקמת המוח שסביבה), נתנו לה "דחיפה" – גירוי חיצוני. ב-2008 שלחנו אות חשמלי וירטואלי לעמודה הווירטואלית. בעודנו צופים החלו תאי העצב לדבר זה עם זה. פוטנציאלי פעולה ("קפיצות" חשמליות), המרכיבים את השפה שבה פועל המוח, התפשטו ברחבי העמודה שהתחילה לפעול כמעגל משולב. הפוטנציאלים זרמו בין השכבות הלוך ושוב, ממש כמו בפיסות של מוח חי. התנהגות כזאת לא תוכנתה מראש במודל: היא צצה באופן ספונטני, בשל האופן שבו המעגל נבנה. יתר על כן, המעגל נשאר פעיל גם אחרי שהופסק הגירוי, ובמשך זמן קצר הוא פיתח דינמיקה פנימית משלו – דרך משלו לייצג מידע.

מאז ועד היום שילבנו בהדרגה מידע נוסף, שהגיע ממעבדות ברחבי העולם, אל הדגם המאחד הזה של העמודה. גם התוכנה שפיתחנו מתעדכנת באופן תדיר, כך שבכל שבוע שבו אנחנו יוצרים מחדש את העמודה, היא כוללת יותר נתונים ויותר כללים ונעשית מדויקת יותר. השלב הבא הוא לאחד את הנתונים מאזור שלם במוח, ולאחר מכן ממוח שלם. בשלב הראשון, זה יהיה מוח של מכרסם.

הניסיונות שלנו בתחום יסתמכו במידה רבה על תחום הקרוי נוירואינפורמטיקה. יהיה צורך לשלב בדרך חכמה כמויות עצומות של נתונים הקשורים למוח ומגיעים ממעבדות בכל רחבי העולם. לאחר מכן נצטרך לחפש בנתונים האלה תבניות או כללים המתארים את אופן הארגון של המוח. עלינו לתרגם את התהליכים הביולוגיים המתוארים בכללים האלה לאוספים של משוואות מתמטיות, תוך פיתוח התוכנה שתאפשר לנו לפתור את המשוואות באמצעות מחשבי-על. נצטרך גם לכתוב תוכנה שתבנה מוח שתואם את הביולוגיה. לתוכנה הזאת אנחנו קוראים בשם "בונה המוח".

התחזיות של הנוירואינפורמטיקה לגבי אופן פעולת המוח, המתעדכנות כל הזמן בזכות הנתונים החדשים, יאיצו את ההבנה של פעולת המוח בלי שנצטרך למדוד כל פן שלה. אנחנו יכולים ליצור תחזיות על בסיס הכללים שאנחנו מגלים, ואז לבדוק אותן בעולם האמיתי. אחד היעדים שלנו הוא להשתמש בידע על גנים היוצרים חלבונים בתאי עצב מסוגים מסוימים, כדי לחזות את המבנה של התאים האלה ואת התנהגותם. אנחנו מכנים את הקישור הישיר הזה, שבין גנים לבין תאי העצב עצמם, בשם "גשר האינפורמטיקה", קיצור דרך מן הסוג שהביולוגיה של הסינתזה מספקת.

גשר אינפורמטיקה נוסף, שמדענים משתמשים בו במשך שנים, קשור למוטציות גנטיות ולקשר שלהן למחלות. ליתר דיוק, איך מוטציות משנות את החלבונים שהתאים מפיקים. חלבונים אלה משפיעים בתורם על הגאומטריה ועל התכונות החשמליות של תאי העצב, על הסינפסות שהם יוצרים ועל הפעילות החשמלית שנוצרת במיקרו-מעגלים המקומיים לפני שהיא מתפשטת בגל רחב על פני אזורי מוח שלמים.

לדוגמה, באופן תיאורטי אנחנו יכולים לתכנת מוטציה מסוימת במודל הממוחשב ולראות כיצד היא משפיעה עליו בכל חולייה של השרשרת הביולוגית. אם התסמין (או אוסף התסמינים) שמופיע תואם את מה שאנחנו רואים בעולם האמיתי, שרשרת האירועים הווירטואלית הופכת מועמדת להיות המנגנון הגורם למחלה, ונוכל אף להתחיל לחפש לאורכה מטרות אפשריות לטיפול.

זהו תהליך בעל אופי מחזורי מאוד. אנחנו משלבים את כל הנתונים שאפשר להשיג, מתכנתים את המודל כך שיציית לחוקים ביולוגיים מסוימים, מריצים הדמיה ומשווים את ה"פלט", כלומר את התנהגות החלבונים, התאים והמעגלים, לנתונים הניסויים המתאימים. אם אין התאמה אנחנו חוזרים לאחור, בודקים את הדיוק של הנתונים ומכוונים ביתר דיוק את הכללים הביולוגיים. לעומת זאת, אם יש התאמה, אנחנו מביאים נתונים נוספים ומצרפים עוד ועוד פרטים תוך הרחבת המודל לאזור גדול יותר במוח. ככל שהתוכנה משתכללת, שילוב הנתונים נעשה אוטומטי ומהיר, והמודל מתנהג יותר ויותר כמו המוח הביולוגי האמיתי. יצירת מודל של המוח כולו, אף על פי שהמידע שבידינו על סינפסות ותאים עדיין חלקי, כבר אינה נראית אפוא כחלום בלתי אפשרי.

כדי להזין את הפרויקט אנחנו צריכים נתונים, והרבה. יש שיקולים אתיים המגבילים את הניסויים שמדענים בתחום מדעי העצב יכולים לבצע על המוח האנושי, אך למרבה המזל, המוחות של כל היונקים בנויים לפי אותם כללים (עם שינויים קלים בין מין למין). רוב מה שידוע לנו על הגנטיקה של מוח היונקים מגיע מעכברים, ואילו מן הקופים קיבלנו תובנות רבות ערך על ההכרה. לכן, אנחנו יכולים להתחיל בבנייה של דגם מאחד של מוח של מכרסם, ולהשתמש בו כתבנית התחלתית שממנה נפתח בהדרגה, פרט אחר פרט, את מודל המוח האנושי. למעשה, דגמי מוח העכבר, החולדה והאדם יפותחו במקביל.

הנתונים שיאספו המדענים יעזרו לנו לזהות את הכללים ששולטים בארגון המוח, ולוודא באמצעות ניסויים שהתחזיות שלנו – שרשרות הסיבה-והתוצאה שהמודל מציע – תואמות את האמת הביולוגית. למשל, ברמת ההכרה, אנחנו יודעים שלתינוקות צעירים מאוד יש תפיסה מסוימת של המושגים המספריים 1, 2 ו-3, אך לא יותר מזה. כשנצליח לדמות מוח של תינוק, המודל חייב להיות זהה לתינוק גם במה שהוא מסוגל לעשות – וגם במה שלא.

קרדיט: אמילי קופר

רבים מן הנתונים שאנחנו זקוקים להם כבר ידועים, אך קשה להגיע אליהם. איסוף וארגון הנתונים הוא אחד האתגרים המרכזיים של HBP. נתונים מתחום הרפואה, למשל, יהיו בעלי ערך עצום בשבילנו, לא רק מכיוון שפגיעות בתפקוד מלמדות על התפקוד הנורמלי, אלא גם מכיוון שכל מודל שנפיק חייב להתנהג כמו מוח בריא – וללקות במחלות בדיוק כפי שמוח אמיתי עלול ללקות בהן. לפיכך, סריקות מוח של חולים יהיו מקור מידע חשוב.

כיום, בכל פעם שחולה עובר סריקת מוח, התוצאות נשמרות בארכיון דיגיטלי. בתי החולים מחזיקים במיליוני סריקות, המשמשות אמנם לצורכי מחקר, אלא שהמחקר הזה מתקדם בקצב אטי כל כך, עד שהמשאב נותר בלתי מנוצל רובו. אם נוכל להעלות את כל הסריקות ל"ענן" נגיש באינטרנט, בצירוף הרשומות ההיסטוריות והמידע הביוכימי והגנטי, הרופאים יוכלו לחפש תבניות באוכלוסיות נרחבות לצורך זיהוי מחלות. עוצמת האסטרטגיה הזאת נובעת מן היכולת לבודד, באופן מתמטי, את ההבדלים ואת קווי הדמיון בין כל המחלות. שיתוף פעולה חוצה אוניברסיטאות בשם "היוזמה לדימות עצבי של מחלת אלצהיימר" מנסה לעשות בדיוק את זה, באמצעות איסוף של הדמיות מוחיות, נוזל מוחי ובדיקות דם ממספר רב של חולי דמנציה, וממשתתפים בריאים המשמשים כקבוצת ביקורת.

עתיד המחשוב

נושא נוסף, ולא פחות חשוב, הוא המחשוב. מחשב Blue Gene החדש ביותר הוא מפלצת בקנה מידה של פטה-פלופים, עם כ-300,000 מעבדים הדחוסים לתוך נפח של כ-72 מקררים ביתיים. די בעוצמת חישוב כזאת כדי לדמות מוח של חולדה המכיל 200 מיליוני תאים ברמת פירוט תאית, אך לא מוח אנושי של 89 מיליארד תאים. לשם כך נזדקק למחשב בעוצמה של אקסה-פלופים, ואפילו אז, הדמיה של המוח האנושי ברמה המולקולרית תישאר מעבר לטווח השגתנו.

ברחבי העולם מתנהלת תחרות בין צוותים המנסים לבנות מחשבים כאלה. כשהם יצליחו, כפי שאירע בדורות הקודמים של מחשבי העל, סביר להניח שהמחשבים ישמשו בהתחלה להדמיה של תהליכים פיזיקליים כמו אלה שבהם עוסקת הפיזיקה הגרעינית. להדמיות ביולוגיות יש דרישות אחרות, ובעזרת יצרני מחשבים גדולים ושותפים אחרים מן התעשייה, יתאים הצוות שלנו, הכולל מומחי מחשוב עתיר ביצועים, מחשב כזה למשימת הדמיית המוח. הם גם יפתחו את התוכנה שתאפשר לנו לבנות דגמים מאחדים מרמת ההפרדה הנמוכה ועד הגבוהה ביותר, כדי שנוכל להתמקד בהדמיה שלנו במולקולות, בתאים או במוח השלם.

כשיושלם מדמה המוח, החוקרים יוכלו לבצע ניסויים על ה"נבדק" המתוכנת כפי שהיו מבצעים בזה הביולוגי – עם כמה הבדלים חשובים. כדי להבין במה מדובר, חשבו על האופן שבו מדענים מחפשים כיום את הגורמים למחלה מסוימת באמצעות עכברים נטולי גנים מסוימים ("עכברי נוקאאוט"). החוקרים חייבים להרביע את העכברים האלה – תהליך ממושך, יקר ולא תמיד אפשרי (אם לדוגמה השתקת הגן הורגת את העובר), וזאת עוד לפני שהבאנו בחשבון את השיקולים האתיים הקשורים בניסויים בבעלי חיים.

במוח הממוחשב הם יוכלו להשתיק גן וירטואלי ולצפות בתוצאות על מוחות "אנושיים" בגילאים שונים הפועלים באופני פעולה שונים. הם יוכלו לחזור על הניסוי בכל התנאים שירצו עם אותו מודל בדיוק, מה שמבטיח יסודיות שאינה ניתנת להשגה בבעלי חיים. הדבר לא זו בלבד שיזרז את תהליך הזיהוי של תרופות פוטנציאליות על ידי חוקרים רפואיים, אלא אף ישנה את אופן הביצוע של ניסויים קליניים. יהיה קל הרבה יותר לבחור אוכלוסיית יעד, והסינון של תרופות לא יעילות, או של תרופות הגורמות לתופעות לוואי בלתי נסבלות, יהיה מהיר יותר. כתוצאה מכך, שרשרת המחקר והפיתוח תהיה מהירה ויעילה הרבה יותר.

הדברים שנלמד מן ההדמיות יחזרו וישתלבו גם בתחום תכנון המחשבים. אם נדע כיצד האבולוציה יצרה מוח עמיד, המסוגל לבצע במהירות פעולות מקבילות רבות בקנה מידה עצום, בעל נפח זיכרון ענק וצריכת אנרגיה כמו זו של נורה חשמלית, נוכל לבנות מחשבים יעילים יותר.

שבבי מחשב דמויי-מוח ישמשו לבניית מחשבים "נוירו-מורפיים" (דמויי תאי עצב). פרויקט HBP ידפיס מעגלים מוחיים על שבבי סיליקון, בהתבסס על טכנולוגיות המפותחות בפרויקטים BrainScaleS ו-SpiNNaker של האיחוד האירופי.

להדמיות המוח השלם הראשונות שנריץ במכשירים שלנו יהיה חסר מאפיין בסיסי מאוד של המוח האנושי: הם לא יתפתחו כפי שילד מתפתח. מרגע הלידה והלאה, קליפת המוח מתפתחת כתוצאה מצמיחה, נדידה ו"גיזום" של תאי עצב, וכתוצאה מתהליך שתלוי מאוד בהתנסויות ומכונה "פלסטיות". במקום זה, המודלים שלנו ידלגו על שנים של התפתחות, יתחילו בגיל שרירותי כלשהו ויצברו התנסויות החל מאותו רגע. יהיה עלינו לבנות לשם כך את המנגנון שיאפשר למודל להשתנות בתגובה לקלט מן הסביבה.

המבחן המכריע של המוח הווירטואלי שלנו יתרחש כשנחבר אותו לתוכנה שמייצגת גוף ונציב אותו בסביבה וירטואלית ריאליסטית. המוח המדומה יהיה מסוגל אז לקלוט מידע מן הסביבה ולפעול בה. רק אם נגיע להישג כזה נוכל ללמד את המוח כישורים שונים ולבדוק אם הוא אכן אינטליגנטי. מכיוון שאנחנו יודעים שיש במוח האנושי יתירות – מערכות עצביות התומכות זו בזו – נוכל להתחיל לגלות אילו היבטים של תפקוד המוח חיוניים להתנהגות תבונית.

פרויקט HBP מעלה נושאים אתיים חשובים. גם אם כלי שמדמה את המוח האנושי עדיין רחוק מהישג ידינו, לגיטימי לשאול אם זה יהיה מעשה אחראי לבנות מוח וירטואלי שיכיל יותר עמודות קורטיקליות מן המוח האנושי, או מוח שישלב תבונה דמוית-אדם עם יכולת חישוב מספרים גדולה פי מיליון מזו של Deep Blue, המחשב של חברת IBM למשחק שחמט.

איננו היחידים הקובעים רף גבוה בניסיון לאחד מחדש את התחום המפוצל של חקר המוח. במאי 2010, השיק מכון אלן למדעי המוח בסיאטל את אטלס אלן למוח האנושי, שמטרתו למפות את כל הגנים הפעילים במוחותיהם של בני האדם.

המכשול העיקרי המעכב כל קבוצת מחקר העוסקת בתחום הוא, ככל הנראה, המימון. במקרה שלנו, נוכל להשיג את היעד רק אם נקבל את התמיכה הכספית שאנחנו זקוקים לה. מחשבי-על הם יקרים, והעלות הסופית של HBP צפויה להשתוות או לעלות על זו של פרויקט הגנום האנושי. בפברואר 2013 נדע אם קיבלנו "אור ירוק", ובינתיים אנחנו מתקדמים ככל האפשר בפרויקט שלדעתנו, יעניק לנו תובנות חסרות תקדים לגבי הזהות שלנו כיצורים המסוגלים להרהר באפקטים של אור וצל בציור של קרוואג'יו, או בפרדוקסים של הפיזיקה הקוואנטית.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

על המחבר

הנרי מרקרם (Markram) מנהל את פרויקט Blue Brain במכון הפדרלי השווייצרי לטכנולוגיה שבלוזאן. הוא ביצע מחקרים רבים על החיבור, על התקשורת ועל הלמידה של תאי עצב. הוא גם גילה עקרונות בסיסיים של פלסטיות המוח והיה שותף בפיתוח תיאוריית "העולם הבלתי נסבל" של האוטיזם והתיאוריה של פעולת החישוב של המוח כנוזל המנוער ללא הרף.

ועוד בנושא

קישורים לאתרים שקשורים לפרויקט המוח האנושי:

פרויקט המוח האנושי: www.humanbrainproject.eu

BrainScalS: http://brainscales.kip.uni-heidelberg.de

SpiNNaker: http://apt.cs.man.ac.uk/projects/SpiNNake

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

8 תגובות

  1. אני מקווה שנוכל כבר בימינו לחבר את המוח לUSB בכדי לקבל מידע, במקום ללכת לביה"ס.
    אבל, אז נחשוף את עצמנו לסכנות חדשות כמו וירוסים מוחיים- ונצטרך לעשות גיבוי למוח שלנו מדי פעם.
    במקרה הכי גרוע, נפרמט את המוח ונתקין ווינדוס מחדש 😉

    דיאטת סימונס

  2. מרתק.
    למרות שהחזון של ריי קורצוויל תמיד נשמע לי בלתי אפשרי, זה בהחלט נראה אפשרי יותר עכשיו.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן