שגיא פרל, חוקר ישראלי שהיה שותף בניסוי שבו קופים הצליחו להניע זרוע רובוטית באמצעות פקודות ממוחם התראיין לאתר הידען
בימים האחרונים התפרסם מחקר מדעי חדש מאוניברסיטאות פיטסבורג וקרנגי מלון, שעשוי לאותת על פריצת הדרך בחיבור בין מכונה לאדם. במסגרת הניסוי הצליחו קופים להפעיל זוג ידיים מכניות ולגרום להן להאכיל אותם בפירות וחטיפים אחרים – כל זאת בכוח המוח בלבד.
אתמול דיווחנו על מחקר בו מוח של קופים הפעיל זרוע רובוטית. אחד מהחוקרים המעורבים בניסוי הוא שגיא פרל, החוקר לתואר דוקטור באוניברסיטת פיטסבורג, במסלול להנדסה עצבית. שגיא הסכים להתראיין לאתר הידען, לספר על התקדמות הניסוי ולחלוק מספר תובנות בנוגע לטענות שהועלו על התעללות בבעלי-החיים בניסוי.
שגיא, מהו תחום ההנדסה העצבית ואיך הגעת אליו?
סיימתי תואר ראשון משולב בתל-אביב בהנדסת חשמל ובמדעי המחשב ומכיוון שידעתי שאני רוצה להמשיך לתואר מתקדם התחלתי בתחום ההנדסה העצבית. מבין חמש מעבדות שהתעסקו בתחום הזה הגעתי לבסוף לפיטסבורג ואני שמח על הבחירה שעשיתי. זהו תחום שנופל בדיוק בחיבור בין הנדסה למדעי המוח ולכן יש לנו במעבדה שילוב של מהנדסים וסטודנטים לרפואה ולמדעי המוח. לכל אחד יש את תחום ההתמחות שלו, והחיבור הזה דוחף את תחום ההנדסה העצבית קדימה.
בארץ יש את המרכז לחישוביות עצבית, שעוסק בעיקר במחקר במדעי המוח. אני לא חושב שיש מישהו בארץ שעושה משהו כמו שלנו בצורה מעשית ושיש לו התקן דומה שעובד. הבעיה בכל הסיפור הזה היא בעיקר במחיר, כי צריך לקנות את כל הציוד. גם הרובוטים עצמם וכל הדברים מסביב עולים הרבה מאד כסף – סביב מאות-אלפי דולרים, וזה בלי לשלם לכל הסטודנטים והחוקרים שעושים את העבודה. זו, אני חושב, הסיבה שאין את זה עדיין בארץ.
מה היה חלקך במחקר שהתפרסם לאחרונה?
הגעתי למעבדה בערך בזמן שהשלב הראשון של הניסויים הסתיים. היתה לנו מערכת ישנה ומוגבלת שעבדה אבל גרמה לכל מיני בעיות. אחת הבעיות בשלב הקודם של הניסויים היתה להראות שהקוף שולט בזרוע בצורה חלקה, אבל בגלל הרעש המכני במפרקים לא יכולנו להוכיח את זה. אחרי שהגעתי למעבדה החלפנו את הזרוע לאחת עם מינימום רעש מכני, כתבנו מחדש את כל מערכת התוכנה על בסיס שונה לגמרי ושיפרנו את האלגוריתם לכלול שליטה בשתי אצבעות בנוסף לשליטה בזרוע. לאחר מכן השתתפתי בהרצת השלב השני של הניסויים ולאחר החלפת הזרוע הצלחנו להראות שהסיגנל שמגיע מהמוח יציב וששליטה טובה היא אכן אפשרית.
איך שלט הקוף בזרוע המכנית? כמה זמן לקח לו ללמוד?
הקוף שלט במהירות של קצה הזרוע וגם במהירות פתיחת וסגירת שתי האצבעות. הוא היה מסוגל להשתמש בזרוע כדי לתפוס דברים, והערכנו תוך שימוש בסימולציות מחשב, שהקוף צריך להיות מדוייק עד כדי 2 מילימטר כדי לתפוס את הפירות ולהביא אותם לפה. את כל זה הוא עשה רק באמצעות פידבק ויזואלי.
בהתחלה נתנו לקוף ג'ויסטיק והוא למד לשלוט בזרוע באמצעות הג'ויסטיק. הוא למד להאכיל את עצמו באמצעות הזרוע, כדי להבין את הקונספט שהוא יכול לשלוט בה. לאחר מכן הוא עבר את הניתוח, והתחלנו בניסוי עצמו שבו שתי הזרועות שלו היו מקובעות.
עם הקוף הראשון, לקח לנו זמן להבין מה הדרך הנכונה ללמד אותו לשלוט בזרוע בצורה מהירה ונוחה בשבילו. קופים הם בד"כ חסרי סבלנות ובנוסף לזה קיימת הבעיה של אי יכולת לתקשר איתם. אם היינו שמים את הקוף בחדר ומצפים שיתחיל לשלוט בזרוע בעצמו הוא סביר להניח היה מתייאש ומפסיק לנסות לאחר כמה דקות. שיטת האימון שלנו נתנה בהתחלה למחשב שליטה מלאה – בה הוא מזיז את הזרוע למטרה ומאכיל את הקוף. לאחר מכן, באופן הדרגתי, הורדנו את השליטה של המחשב ונתנו לקוף יותר שליטה עד שהוא הגיע לשליטה מלאה. כרגע אנחנו מסוגלים ללמד קוף לשלוט בזרוע בתוך ימים ספורים.
מה בדיוק כרוך בניתוח בקופים? כיצד מוכנסות האלקטרודות לתוך המוח?
אנחנו משתמשים בגשוש סיליקון קטן שנקרא UTAH arrayשמיוצר על ידי חברה שנקראת Cyberkinetics. הגודל שלו הוא בערך סנטימטר רבוע, והאלקטרודות גם הן באורך של מילימטר. פותחים חור קטן בגולגולת, מכניסים את האלקטרודות למוח ואוטמים את החור. חוט קטן שיוצא החוצה למחבר מאפשר לקרוא את הסיגנלים מהמוח. הקוף המדובר מהניסוי חי עם הגשוש כבר שנה וארבעה חודשים בלי בעיות מיוחדות. אלו אגב בדיוק אותן האלקטרודות שמשתמשים בהן בניסויים בבני-אדם דוגמת אלו של Cyberkinetics. הקפיצה קדימה בניסוי שלנו הייתה השימוש במכשיר מכני לאינטראקציה עם הסביבה מפני שהניסויים בבני האדם נעשו רק ברמה של וירטואל ריאליטי, כלומר שליטה בסמן מחשב, לקרוא אי-מיילים וכדומה.
השלב הראשון הוא האלקטרודות והשלב השני הוא מערכת מחשב שיודעת לקרוא את הסיגנל מתוך האלקטרודות ומזיזה את היד. החלק השלישי הוא הפידבק הויזואלי שהקוף מקבל. קיים עיכוב במערכת – מהרגע שקורה ספייק במוח ועד הרגע שהזרוע זזה – אך הוא זהה לזה שקיים ביד רגילה, כמה מאות מילי-שניות.
האם ניתן לשים את האלקטרודות גם מחוץ למוח, ללא ניתוח?
כדי לקרוא את הסיגנל מהנוירונים במוח אנחנו מחדירים את האלקטרודות למוח וקוראים את הסיגנל מתאים בודדים. הסיגנל בדרך-כלל מגיע מתא בודד או משילוב של כמה נוירונים בבת-אחת. דרך אחרת היא לפתוח את הגולגולת ולשים אלקטרודות מהצד החיצוני, שזה לא חודרני מבחינת המוח (רק מבחינת הגולגולת). הדבר השלישי שאפשר לעשות הוא EEG, בו שמים את האלקטרודות על הצד החיצוני של הגולגולת, אבל אז מקבלים סכימה של עשרות-אלפי נוירונים בו-זמנית, והרזולוציה שלך בזמן ובמרחב מאד קטנה.
במערכת שלנו אנו מסוגלים לראות תגובה של נוירונים בודדים, אבל בלתי-אפשרי לעשות את זה בכל אחת מהשיטות האחרות.
מהן הבעיות שעוד נותרו, בדרך להעברת המערכת לבני-אדם?
אפשרי בטכנולוגיה הזו להזיז דמות על מסך מחשב בשלושה מימדים, אבל צריך בשביל זה ניתוח מוח. בשביל אנשים משותקים זה בהחלט פתרון אפשרי, אבל בשביל להביא את זה לרמה מעשית בבני-אדם, צריך לגרום לאלקטרודות לעבוד לאורך זמן במוח. האלקטרודות מפסיקות לעבוד אחרי שישה חודשים עד שנה. המוח מפתח מעין גלד וחוסם את הסיגנל. מנסים לפתור את הבעיה בדרכים יצירתיות, כמו עטיפת האלקטרודות בהידרוג'ל שמעודד גדילה של תאים לכיוון האלקטרודות במקום שיתרחקו מהן.
מתי יהיה, לדעתך, הניסוי הקליני הראשון בבני-אדם?
בשנה הבאה כבר נתחיל ניסויים בבני-אדם בסביבת מציאות מדומה. יש פה פרוייקט גדול של דארפה שזו סוכנות לפרוייקטים מיוחדים של הצבא האמריקאי שמנסה לדחוף את פרוייקט היד המכנית בצורה מאד אגרסיבית: הדדליין שהם קבעו לאבטיפוס עובד בבני אדם הוא שנתיים-שלוש. יש מעבדות אחרות שעובדות על חלקים אחרים במערכת, כמו יצירת זרוע מכנית משוכללת יותר. אנחנו עובדים על השליטה. דארפה עושים אינטגרציה בין הכל ורוצים ליצור מערכת שלמה שניתן יהיה לחבר לבני-אדם.
האם עברו הקופים התעללות במהלך הניסוי? האם עברו הרעבה או הצמאה? מה גורלם בתום המחקר?
אין כאן הרעבה או הצמאה, מפני שבניסוי הזה אתה חייב את שיתוף-הפעולה של הקוף. אתה לא יכול להכריח אותו לעשות את זה. כשהוא עושה את הניסוי הוא מקבל ממתקים או פירות שהוא לא מקבל בדרך-כלל וזה תמריץ די טוב. ברגע שהוא מחליט שהוא כבר לא רוצה לעבוד, מורידים אותו מהכסא. בכל יום הקוף עובד כשעה-שעתיים.
מדובר בקופי מעבדה שמן הסתם אינם משוכנים בכלובים של גני-חיות, אבל הכלובים די מרווחים ואנחנו משכנים כמה מהם באותו כלוב בשביל חיי החברה שלהם. הטיפול בהם בסדר גמור, ומחמירים מאד עם הביקורות על שיכון בעלי-החיים והטיפול בהם. אנחנו חייבים לתת דו"חות מפורטים על הכל. שום-דבר לא מתבצע בקלות-ראש או ללא פיקוח. יש כאן אנשים מהאוניברסיטה ומהשירות הוטרינרי שבאים כל יום כדי לטפל בחיות.
כשמסיימים עם הניסוי בקופים, את חלקם שולחים לשמורה, את חלקם שולחים למעבדות אחרות וחלקם נשארים במעבדה.
ניסויים בבעלי-חיים אינם סוגיה פשוטה, אבל הסוג הזה של ניסויים בסופו של דבר ישפר חיים של בני-אדם בצורה שמצדיקה את הניסויים. מנקודת הראות שלי, ניסויים כאלה הם כן לגיטימיים, אך זו סוגיה סבוכה.
שאלה אחרונה : האם אתה חושב שלתחום יש פוטנציאל אמיתי לעזור לאנשים?
אני חושב שזה תחום עם הרבה פוטנציאל ורק התחלנו לגרד את פני-הקרקע. המערכת הזו תאפשר לאנשים משותקים או קטועי גפיים להחזיר לעצמם עצמאות. זו הסיבה שאני כל-כך נהנה מהמחקר בתחום - זה מדע שעוזר לאנשים עוד בימי-חייך.
לקריאה נוספת