כיצד העין והמחשב רואים ואיך המחשב לומד לזהות את מה שהוא רואה?

ראיון עם פרופ' יאיר וייס לרגל זכייתו בפרס ברונו

העין היא אחת החידות הגדולות של הטבע, והיא הממשק החשוב ביותר של בעלי החיים, לרבות בני האדם, עם סביבתם. ואולם למעשה, מסביר פרופ' יאיר וייס מביה”ס למדעי המחשב והנדסה, האוניברסיטה העברית בירושלים, כאשר אנו מסתכלים ורואים למשל שדה של פרחים לפנינו, רק מקצת הפעולות נעשות בעין ועיקרן מתבצע במוח.

המוח מפרש את האותות הנקלטים ברשתית העין ומעבדם באמצעות אלוגריתם שעד היום מחשבים לא מסוגלים לחקות ביעילות. עד כדי כך, שאפילו מוח של ילדה בת שלוש מצויד ביכולת ניתוח תמונות טוב יותר מאשר של המחשבים החזקים ביותר הקיימים כיום. שאלת המחקר של פרופ' וייס היא מהו האלגוריתם ומהם העקרונות המנחים את החישובים הללו. הבנת האלגוריתם המשמש את המוח היא חשובה ומעניינת. שיפור יכולת הראיה של המחשבים תהיה אחד מתוצרי הלוואי של הבנה זו.

פרופ' וייס מדגיש כי הבנת האלגוריתם המשמש את המוח יכולה להיעשות מבלי להבין בדיוק איזו פאילות נוירונית ספציפית מבצעת את האלגוריתם, בדיוק כמו שלא צריך להבין כיצד המעגלים במחשב עובדים, כאשר משתמשים בתוכנת WORD.

אז מה המשמעות של לראות? פרופ' וייס מסביר כי לראות זה בעצם לבצע פעולה של חישוב. “כאשר אדם מסתכל על דף בצבע אדום, לדוגמה, התפיסה שהדף הוא בצבע אדום היא פעולה מאוד מורכבת משום שהסיגנל שנכנס ברשתית תלוי גם בתכונות של הדף וגם בצבע של האור. תאורת החדר בצבע סגול תגרום לסיגנל שונה מאשר הסיגנל שיגיע באור לבן. לנו כבני אדם אין בעיה להסתכל על פרי ולהגיד מה הצבע שלו, ולא משנה אם אנו מתבוננים בו בזמן שקיעה, בצל, תחת שמש בוהקת או נורה פלורסצנטית. לעומת זאת, למחשבים או רובוטים שמנסים להחליט מה הצבע של דברים בעולם זו בעיה קשה.

בני האדם מבצעים פעולת חישוב המסתמכת על התמונה שאנו רואים ועל הניסיון שלנו. אנו מסתכלים על עוד פרטים בסצנה כגון גבולות האור והצל, ואם הפרי נמצא באור או בצל. אנחנו בוחנים את התמונה המתקבלת ברשתית מול תובנות אודות התנהגות האור ומחברים את הסיגנלים שאנו מכירים מהניסיון שלנו ומחליטים לדוגמה אם שסק ראוי לקטיפה או לא. מחשבים לא מסוגלים לעשות זאת.

“הגישה שבה אני נוקט היא גישה של למידה. יש ידע מוקדם שאנחנו מניחים על העולם בנוסף לסיגנלים שמגיעים לרשתית ואחת הדרכים היא לשאול איך למדנו את הידע המוקדם הזה. כשתינוק גדל הוא מתעניין באור וצל, וכשהוא כבר מספיק גדול מסוגל לעשות זאת הוא מדליק את האור, מכבה את האור, מסתכל על דברים מכל מיני זוויות.

במחקר שלי אני שואל כיצד ניתן ללמוד מהרבה התנסויות את החוקים שבאמצעותם מתנהל העולם החזותי. יש המכנים זאת גם למידה ממוחשבת או למידה חישובית. ושאלה נוספת, אחרי שלמדנו איך העולם אמור להתנהג ועכשיו ראיתי שסק חדש, איך אני מחבר את הסיגנלים הללו כדי לדעת מהו הצבע של השסק.

מי האיש שהשפיע עליך הכי הרבה?
אולי לא האיש אלא ספר שמאוד השפיע עלי: VISION של חוקר ב-MIT בשם דיויד מאר, שנפטר לפני שהספר יצא לאור. למרות שאני לא עוסק ספציפית בבעיות שהוא טיפל בהם, הוא עודד אותי לצאת להרפתקאה בתחום.

לדבריו, הקהילה האקדמית לא צריכה להיות סגורה ועליה להנגיש את המדע לציבור הרחב, כדי למשוך את הסקרנים לקריירה מדעית. הוא אישית עושה זאת במסגרת מכון מגיד של האוניברסיטה העברית בהרצאה על אשליות ראיה.

אודות
פרופ' יאיר וייס הוא פרופסור חבר בבית-הספר למדעי המחשב והנדסה, האוניברסיטה העברית בירושלים. הוא קיבל את הדוקטורט בחישוביות עצבית מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס ב-1998, לאחר שחקר את תחום האשליות החזותיות. ולאחר מכן בילה שלוש שנים כפוסט-דוקטורנט באוניברסיטת קליפורניה, ברקלי. בשנת 2001 הוא הצטרף לאוניברסיטה העברית.