סיעור מוחות

פרופ”ח שחר קוטינסקי מהפקולטה להנדסת חשמל ע”ש ויטרבי ופרופ׳ ראמז דניאל מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית הם שניים מהחוקרים המובילים בפרויקט Neu-ChiP. הפרויקט האירופי החלוצי צפוי לחולל מהפכה בהתפתחות המחשוב ושינוי פרדיגמה בתחום הבינה המלאכותית.

פרופ”ח שחר קוטינסקי

בתוכנית שותפים הטכניון וארבעה גופים נוספים: אוניברסיטת אסטון בבריטניה, אוניברסיטת ברצלונה בספרד, המרכז הלאומי למחקר מדעי (CNRS) בצרפת וחברה שוויצרית המתמחה בחיבור בין תאים לרכיבים אלקטרוניים (3Brain). הפרויקט יוצא לדרך בהשקעה גדולה של המועצה האירופית למחקר באיחוד האירופי: 3.5 מיליון יורו.

יעילותה העצומה של הבינה המלאכותית הובילה להשקעה מתמשכת בתחום זה. רשתות נוירונים רבודות, למידה עמוקה ולמידה חישובית חדרו לכל תחומי החיים – בריאות, כספים, תחבורה אוטונומית, זיהוי דיבור ועוד. אפל, גוגל, אמזון, נטפליקס ופייסבוק משקיעות משאבים עצומים בבינה מלאכותית כדי לשפר את מוצריהן ולהתאימם לצרכיו של המשתמש הספציפי.

אולם מורכבות טכנולוגית מגיעה בדרך כלל במחיר כספי ואנרגטי גבוה, וזה הרקע לפיתוחו של המחשוב הנוירומורפי: קונספט חדשני השואב השראה מהמוח ומבצע, בדומה למוח, פעולות רבות במקביל. חוקרי הטכניון פרופ’ קוטינסקי וד”ר דניאל הם מומחים בתחום זה, וכבר הציגו בעבר הישגים דרמטיים ובהם שבב נוירומורפי המאופיין בזיכרון אסוציאטיבי וביכולת למידה.

פרופ׳ ראמז דניאל

ועדיין, המורכבות מציבה אתגרים טכנולוגיים לא פשוטים וגובה כאמור מחיר, וכאן נכנסת לתמונה המעבדה הגדולה בעולם: האבולוציה. נוירונים, שנוצרו בתהליך אבולוציוני ממושך, מפגינים יכולות עצומות העולות במקרים רבים על ביצועיהם של התקנים מלאכותיים שפיתח האדם. תאים אלה מבצעים פעולות מסוימות במהירות וביעילות, תוך חיסכון אנרגטי מרשים. כעת, בפרויקט Neu-ChiP, צפוי האדם לרתום תאי גזע (המדמים נוירונים) להעצמת היכולות החישוביות של מערכות מלאכותיות.  כדי להפעיל את תאי הגזע באופן מבוקר יכוונו אליהם אלומות אור שיעוררו אותם. באמצעות מידול תלת-ממדי ממוחשב אפשר יהיה לעקוב אחר תגובת התאים ולהעריך את התאמתם לשימושים אלקטרוניים.

פרויקט Neu-ChiP, מסביר פרופ’ קוטינסקי, “מציג פרדיגמה חדשה לגמרי של מחשוב נוירומורפי: גידול שכבות של נוירונים ביולוגיים על רכיב ייעודי (ביוצ’יפ). אנחנו בטכניון מביאים למחקר בעיקר את ההיכרות המעמיקה עם מודלים אלקטרוניים בכלל ועם חומרה נוירומורפית בפרט.”

“בהקשר של ביולוגיה סינתטית,” אומר ד”ר דניאל, “מרשים מאוד לראות כיצד המחשוב בתאים חיים התקדם מהדיגיטלי, דרך האנלוגי, לקראת פרדיגמה חדשנית של מחשוב נוירומורפי.”

לסיכום, אם עד כה התמקד חקר הבינה המלאכותית בבניית רשתות נוירונים מלאכותיות בהשראת המוח, בפרויקט הנוכחי תיבנה מערכת מחשוב המבוססת על תאים ביולוגיים. רשת הנוירונים הביולוגית הזאת צפויה להאיץ תהליכים חישוביים ואף לאפשר פעולות שאינן זמינות במחשוב הקלאסי. אף שהמטרה העיקרית של הפרויקט היא טכנולוגית והנדסית, המשתתפים מעריכים כי המחקר שיתקיים במסגרתו יקדם את חקר המוח ואולי גם יוביל לפיתוחם של טיפולים חדשניים במחלות הקשורות במוח ובתאי גזע.

תרבית נוירונים הגדלה על מיקרוצ’יפ תלת-ממדי. הנוירונים ממוקמים בקצה האלקטרודות ובבסיסן. צולם במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) Credit: 3Brain AG