אני, אדם-מכונה
19/02/2020
חוקרים פיתחו מערכת אלחוטית קומפקטית המולבשת על קרקפתו של המטופל בקלות וקוראת את הפעילות המוחית שלו ברזולוציה גבוהה. המערכת כוללת מספר קטן של אלקטרודות ביחס למערכות עבר, הודות לשימוש בלמידת מכונה על מנת לזהות אילו אלקטרודות נותנות את המידע החשוב ביותר. באמצעות מערכת זו, הנבדקים במחקר הצליחו להזיז כסא גלגלים, כלי רכב וכן לבצע פעולות מורכבות במחשב.
רעיון החיבור בין אדם ומכונה אינו חדש. מ"רובוקופ", דרך גיבורי מארוול ועד "מראה שחורה", נראה כי המחשבה על ממשקים שמקשרים בין היכולות החישוביות של המחשב למוחו המורכב של האדם מעסיקה את האנושות מזה עשרות שנים.
ממשקים כאלה כבר קיימים במגוון רחב של תחומים, בעיקר רפואיים. בתחום של החזרת יכולת התנועה לאנשים משותקים, למשל, רוב ההתקדמות בשנים האחרונות בממשקים כאלה נעשתה על ידי ניתוחים פולשניים. אחד מהטיפולים המפורסמים הוא זה שהתבצע בשנת 2012 בשני מטופלים משותקים, אשר העניק להם את היכולת להזיז יד רובוטית, המסוגלת לנוע ולאחוז בחפצים לפי "מחשבתם התנועתית" של המטופלים [1]. לשם רכישת יכולת זו, עברו המטופלים ניתוח בו הושתל בהם מכשיר הקורא את הפעילות החשמלית באזור היד החזקה שלהם, ו"מתרגם" אותה לתנועה של הרובוט. כמובן שעם הניתוח לא הסתיים הטיפול המורכב, והיה עליהם לעבור שיקום ארוך, תקופת הסתגלות ואימונים רבים בכדי לגרום ליד הרובוטית לעבוד.
לעומת ממשקים אלו, ממשקים שאינם פולשניים משתמשים פעמים רבות בטכנולוגיה של רישום פעילות חשמלית מוחית (Electroencephalogram, ובראשי תיבות - EEG). טכנולוגיה זו מבוססת על רישום דפוסים של פעילות חשמלית במוח על ידי מקבץ של אלקטרודות. אלקטרודות אלה מוצמדות לקרקפת של הנבדק, אך לא מוחדרות אליה - ולכן הליך זה נחשב ללא פולשני. הדפוסים החשמליים הנרשמים על ידי אלקטרודות אלה מכונים "גלי מוח", ומשקפים את הפעילות של תאי העצב במוח.
אם כך, הגיוני להשתמש בטכנולוגיה הלא-פולשנית של EEG ולנסות "לחקות" את פעילות הרישום של המכשיר שהושתל בחולים מ-2012, ובאופן זה לתת לכלל האנשים המשותקים את ההזדמנות לבצע פעולות מורכבות ללא צורך לעבור ניתוחי השתלה סבוכים, לא? ובכן, זה לא כזה פשוט; רוב המכשירים השגרתיים המשתמשים ב-EEG כיום למטרות הרבה יותר פשוטות הם כבדים וגדולים מדי. זאת בעיקר כיוון שהם משתמשים במספר רב מאוד של אלקטרודות כדי להגיע לרמות דיוק גבוהות. בנוסף, מכשירי EEG אלו דורשים זמן רב מאוד של פעולות הכנה לפני כל רישום, הלבשה ותחזוק יומיומי, שאנשים משותקים פשוט לא יכולים לבצע ללא עזרה ממספר רב של אנשי מקצוע בכל שימוש מחדש.
כעת, חוקרים מהמכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה, אוניברסיטת קנט ואוניברסיטת ויצ'יטה פיתחו במאמץ משותף מערכת המתגברת על בעיות אלה, כפי שפרסמו במאמר שהתפרסם בכתב העת nature machine intelligence לפני מספר חודשים [2]. החוקרים פיתחו מערכת ניידת, אלחוטית, גמישה וקטנה במיוחד המתחברת לקרקפת בקלות ומכילה מספר קטן של אלקטרודות. החוקרים חיברו את המערכת הזו לשישה נבדקים שונים ורשמו את גלי מוחם, בעיקר מאזור האונה העורפית, המהווה את מרכז העיבוד החזותי במוחם של יונקים.
עם יתרונות ברורים אלו מגיע גם החיסרון הברור: המערכת קטנה מאוד ומכילה מספר קטן של אלקטרודות - כיצד היא תוכל להשיג רישום מספיק אמין של הפעילות החשמלית במוח בכדי להזיז חפצים באופן מדויק, כשם שעושות המערכות הכבדות והמסורבלות יותר? לשם פתרון בעיה זו נעזרו החוקרים באלגוריתמים של למידת מכונה. כפי שהסברנו בעבר, למידת מכונה הינה תחום בבינה מלאכותית העוסק בפיתוח של אלגוריתמים המאפשרים למחשב ללמוד מתוך דוגמאות ולהסיק מסקנות מורכבות באופן מהיר ומדויק [3, 4].
במקרה שלנו, החוקרים אימנו אלגוריתם של למידת מכונה לזהות מהן האלקטרודות שנותנות את הקלט המשמעותי והיעיל ביותר ברישומי גלי מוח של מערכות EEG מורכבות ומרובות אלקטרודות. האלגוריתם למעשה למד לזהות אילו אלקטרודות מאפשרות לתרגם באופן המדויק ביותר איזה תנועה הנבדק מעוניין לבצע. המידע הזה איפשר להם לבנות מערכת פשוטה בהרבה עם מספר מצומצם של אלקטרודות. כשישה נבדקים שונים הצליחו להזיז באמצעות מערכת זו כסא גלגלים, כלי רכב מיניאטורי וכן לבצע מספר פעולות במצגת במחשב (כמו מעבר בין שקופיות) ב"כוח מחשבתם" בלבד ממרחק של עד כחמישה עשר מטרים, בדיוק של לא פחות מ-94%.
הבעיה הברורה שעולה עם קריאת תוצאות המחקר היא שהוא כלל שישה נבדקים בלבד, וכמו כן - שכל הששה אינם משותקים. ייתכן מאוד שאת המיצוי המקסימלי של הרישום החשמלי, כמו גם הדיוק הרב בתנועה שהושגה עם נבדקים בריאים אלו, יהיה הרבה יותר קשה להשיג במטופלים משותקים, בהם הפעילות המוחית עשויה להיות שונה לחלוטין. עם זאת, נראה כי המחקר הזה הוא צעד נוסף בדרך ליום שבו ממשק אדם-מכונה יוכל קודם כל, ולפני הכל, להחזיר לאנשים רבים יכולות תפקודיות שהם איבדו בקלות יחסית. ומשם? כפי שהראו לנו ממשקי האדם-מכונה בסרטים המסוגלים להעיף אנשים למחוז חפצם, אולי אפילו השמיים הם לא הגבול.
מקורות:
[1] הפרסום מ-2012 המתאר את ההנעה של יד רובוטית על ידי שני חולים משותקים באמצעות שתל
[2] המאמר הנוכחי המתאר את המערכת הקומפקטית והאלחוטית החדשה
בעל תואר ראשון מהאוניברסיטה העברית במדעי הקוגניציה-ביולגיה, ותואר שני ממכון ויצמן במחלקות נוירוביולוגיה ואימונולוגיה עם התמקדות במחלת האלצהיימר. עמית עוסק ברפואה מותאמת אישית לטיפול במחלות נפש באמצעות דאטה גנטי וקליני.
