רועי צזנה: רשת העצבים המלאכותית שפיתחה מבנים ביולוגיים הקיימים במוח אנושי

[מאמר זה ראה אור במקור באתר של דוקטור רועי צזנה]

המחבר (ראו תמונה משמאל), רועי צזנה, הוא דוקטור לננו-טכנולוגיה; עמית בסדנת יובל נאמן למדע, טכנולוגיה וביטחון באוניברסיטת תל אביב, ומרצה בפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון. בוגר קורס המנהלים של אוניברסיטת הסינגולריות ומחבר הספר המדריך לעתיד.

[התמונה משמאל: מאלבום התמונות הפרטי של המחבר]

האתרים של ד"ר רועי צזנה

* * *

בחודש האחרון פרסמו חוקרים בחברת דיפ מיינד – אחת החברות המתקדמות ביותר בעולם בפיתוח בינה מלאכותית – מחקר חדש בכתב-העת המדעי היוקרתי נייצ'ר, אודות רשת עצבים מלאכותית שפיתחה מבנים הדומים לאלו הקיימים במוח ביולוגי[1].

כדי להסביר במה מדובר, צריך קודם לפרט קצת אודות רשתות עצבים מלאכותיות: מדובר בסימולציות המורצות במחשב, ובהן מיליוני מרכזי חישוב פשוטים המתקשרים זה עם זה, בדומה לדרך בה תאי העצבים במוח מתקשרים אחד עם השני. כל אחד מהתאים במוח הביולוגי הוא מכונה פשוטה יחסית ונטול-בינה משל עצמו, אך פעולתם המתואמת של מיליארדי תאי עצב ביחד יוצרת מחשבה, רגש ואפילו מודעות עצמית. באופן דומה, כאשר מיליוני מרכזי חישוב מתקשרים ביחד ומעבירים מידע אחד לשני במחשב, ניתן לאמן אותם לבצע משימות שמוחות ביולוגיים מותאמים במיוחד עבורן: עיבוד תמונה, למשל, או ניווט במרחב.

ברור שיש דמיון בין דרך הפעולה של רשתות עצבים מלאכותיות ובין מערכות עצבים ביולוגיות, אך חוקרי מוח וחוקרי בינה מלאכותית כאחד מבינים גם את ההבדל הגדול בין השתיים. תאים במוח, למשל, יכולים להגיב למגוון רחב של שליחים עצביים – חומרים כימיים המופרשים על-ידי תאי עצב אחרים. רשתות עצבים מלאכותיות, לעומת זאת, מעבירות רק מסרים פשוטים בין ה- 'תאים' הממוחשבים, אך עושות זאת במהירות שגדולה בהרבה מקצב מעבר המסר האיטי יחסית לאורך תאי העצב הביולוגיים. יש דמיון, בוודאי, אך השוני גדול עד מאד.

זו, כנראה, הסיבה שרבים כל-כך הופתעו כאשר רשתות עצבים מלאכותיות החלו לאחרונה לפתח מבנים שאנו מכירים ממוחות אנושיים.

במוחות אנושיים – ובאופן כללי במוחותיהם של בעלי-חיים – ניתן למצוא מבנים ייחודיים של תאי רשת. תאי עצבים אלו מסודרים במשושים, ו- 'נדלקים' לפעולה בהתאם למיקומו של האדם. כאשר אני הולך ימינה, מופעלים תאי רשת מסוימים, וכאשר אני הולך שמאלה – מופעלים תאי רשת אחרים. אפשר לומר כמעט שתאי הרשת יוצרים מפה מנטלית – מעין GPS פנימי – באמצעותה מסוגלים בעלי-חיים לפענח את מיקומם, ולפתור בעיות הקשורות בתנועה במרחב. תאים אלו מאפשרים לנו לציית, אפילו בעיניים עצומות, להוראות בסגנון – "צעד חמישה צעדים קדימה, פנה תשעים מעלות שמאלה ואז המשך ישר עוד שלושה צעדים אל המטמון."

[במקור מ- DeepMind]

קיומם של תאי הרשת נחשף בעשרים השנים האחרונות, ומגליהם זכו בפרס נובל ברפואה בשנת 2014[2]. הם מהווים דוגמה ניצחת לפרדוקס פולניי – "אנו יודעים יותר מכפי שאנו יכולים להסביר."[3] אנו ניחנים אמנם במערכות ניווט משוכללות המתבססות על תאי הרשת, אך הן מאפשרות לנו להגיע לתובנות אינטואיטיביות, מבלי שנוכל להסביר אותן. אם נושלך, למשל, לחדר מבולגן, נוכל לזהות בו דרכים קצרות ומהירות להגיע ליעד, בזמן שבינות מלאכותיות משוכללות יצטרכו לתכנן מספר נתיבי תנועה שונים לפני שיבחרו בדרך הקצרה ביותר – מטלה מייגעת שמבזבזת משאבי חישוב יקרים.

אבל מה אם הבינות המלאכותיות המשוכללות והפופולריות ביותר כיום – אלו הנסמכות על רשתות עצבים מלאכותיות – היו ניחנות בעצמן בתאי רשת?

כדי לבדוק את השאלה, הריצו החוקרים בחברת דיפמיינד (DeepMind) רשת עצבים מלאכותית, ודרשו ממנה להשלים בהצלחה מטלות ניווט בסביבות וירטואליות. הם גילו שבתוך הרשת מתפתחים באופן ספונטני אזורים הפועלים באופן דומה לתאי הרשת. תאי רשת וירטואליים אלו אפשרו לבינה המלאכותית לפתור בהצלחה חידות מבוכים פשוטות במהירות וביעילות – ולפי החוקרים, "ברמה על-אנושית". הבינה המלאכותית "התעלתה על יכולותיהם של שחקנים אנושיים מקצועיים, והפגינה את סוג הניווט הגמיש המקושר בדרך-כלל עם חיות, תוך שהיא בוחרת בנתיבים חדשים ועושה קיצורי-דרך כאשר אלו מתאפשרים."[4]

[במקור מ- DeepMind]

כל זה טוב ויפה, אבל במבט ראשון לא נראה מרשים במיוחד. הרי רבים מבינים כבר שבינות מלאכותיות מתחילות להגיע לרמות על-אנושיות במטלות חישוביות רבות. מה שונה בתגלית הנוכחית?

התשובה כפולה: ההבנה שייצוגים וירטואליים של תאי רשת מסייעים לבינות המלאכותיות לפעול, והופעתן הספונטנית ברשתות עצבים מלאכותיות, יכולות לעזור לנו לפענח גם את פעילות המוח האנושי עצמו. אבל יותר מכך – היא עשויה לרמז אודות הדרך לעתיד הרשתות העצבים המלאכותיות.

נתחיל בקביעה הראשונה. המוח, מבחינות רבות, מהווה עדיין קופסא שחורה. אנו מבינים, באופן גס וכללי, את אופן פעולתם של תאי העצב השונים ואת הדרכים בהן הם מתקשרים בינם לבין עצמם. אנו יודעים כי אתרים שונים במוח אחראים על מטלות שונות: ההיפוקמפוס אחראי על פיתוח זכרונות לטווח ארוך, למשל, בעוד שהאמיגדלה קשורה לוויסות הרגשות ולקבלת החלטות. אנו מבינים כי סך-כל הפעילות המוחית יוצרת חשיבה ומודעות עצמית. אבל עדיין אין לנו מודל מדעי ברור בנוגע לדרך בה זרימת המידע במוח – מחשב-על במשקל קילו וקצת, עם צריכה אנרגטית נמוכה להפליא – מאפשרת לכל הדברים הללו להתרחש. אנו מתקשים לערוך ניסויים ברזולוציה הנדרשת – ברמה התאית – כדי להבין את דרך פעולתו של המוח.

רשתות העצבים המלאכותיות מאפשרות לנו, לראשונה, להתחקות אחר דרך פעולתו של המוח האנושי. איני מנסה לטעון שהן מהוות סימולציה מושלמת של מוחות ביולוגיים. האמת היא שהן שונות מאד מבחינות רבות ממוח ביולוגי, אבל העובדה היא שייצוגים וירטואליים של תאי רשת התהוו ספונטנית ברשתות עצבים מלאכותיות. ולא זאת בלבד, אלא שייצוגים אלו תומכים בפעילות דומה לזו של תאי רשת ביולוגיים. ברור לנו שהמוח 'רץ' על מערכת חישובית בעלת דימיון מובהק לרשתות עצבים מלאכותיות, וכל תיאוריה שנמצא עבור דרך פעילותן של הרשתות העצביות שבמחשב, תהיה בעלת השלכות גם על הבנתנו את המוח עצמו. לכן, הרצת סימולציות של אזורים במוח ברשתות עצבים מלאכותיות, תעזור לנו לפענח את דרך פעולתם של מבנים ואזורים במוח האנושי.

אם קביעה זו תוכח כנכונה, הרי שיש לה משמעות עצומה לחקר המוח. הפיזיקאי זוכה פרס הנובל ריצ'רד פיינמן אמר כי – "מה שאיני יכול ליצור, איני מבין". אם לא נוכל ליצור מבנים דמויי-מוח ולבחון אותם ברזולוציה גבוהה, לא נוכל להגיע להבנה מלאה של המוח האנושי. רשתות העצבים המלאכותיות מספקות לנו דרך לבחון רעיונות אודות המוח, שמעולם לא יכולנו לבדוק בעבר.

וזוהי רק התחזית הראשונה לעתיד.

התחזית השנייה נבנית על העובדה שרשתות העצבים המלאכותיות במחקר של דיפמיינד, פיתחו באופן ספונטני 'תאי רשת', כתוצאה מהדרך בה אומנו לפתור בעיות ניווט. האם ייתכן שרשתות עצבים מלאכותיות משוכללות יותר (הרבה יותר) יוכלו לפתח באופן ספונטני בעתיד גם מבנים מורכבים יותר, המדמים חלקים מהמוח האנושי?

אני יודע שרעיון זה נשמע מוזר על פניו. המבנים של 'תאי הרשת' הווירטואליים פשוטים מאד, ואי אפשר להשוות אותם למבנים המורכבים יותר במוח, כהיפוקמפוס או כאונות הקדמיות. אבל אנו מתחילים להיכנס לתקופה של ניסים ונפלאות: רשתות עצבים מלאכותיות מסוימות כבר מסוגלות כיום 'להעמיד צאצאים' – כלומר, ליצור ולפתח תת-רשתות עצבים מלאכותיות שמתאימות במיוחד לביצוע מטלה מסוימת, ומוציאות אותה לפועל ברמת הצלחה גבוהה יותר ממתכנתים אנושיים[5]. תהליך הפיתוח של רשתות העצבים המלאכותיות הללו מתבסס על ניסוי וטעייה – הבינה המלאכותית מריצה אלפי רשתות עצבים מלאכותיות, בוררת את היעילות ביותר וגוזמת ומשפרת אותן עד שהן מסוגלות לבצע את המוטל עליהן.

האם מוגזם כל-כך לחשוב שבתהליך האבולוציה אין-סיליקו (כלומר, במחשב) של רשתות עצבים מלאכותיות משוכללות, יוכלו לצוץ גם איזורים מורכבים המחקים פעילויות של מוחות ביולוגיים?

אם כך אכן יקרה, אנו עשויים לגלות שסופר המדע הבדיוני רוברט היינליין צדק אחרי הכל. בספרו "עריצה היא הלבנה", תיאר היינליין מחשב-על עתידי המפתח מודעות עצמית מהרגע שהוא הופך להיות מורכב וגדול מספיק. האם ייתכן שרשתות עצבים מלאכותיות יוכלו לפתח – אפילו בשוגג – מבנים שיספקו להן מודעות עצמית, בדומה לזו של המוח האנושי?

גם אם כן, ברור שהתפתחות שכזו לא תתממש בשנים הקרובות. הרצת סימולציה מלאה של המוח האנושי היא מטלה שאיננו קרובים עדיין לממשה, ורשתות עצבים מלאכותיות מייצגות רק אספקטים מסוימים של מוחות ביולוגיים, תוך שהן מתעלמות מרבים אחרים. ואף על פי כן, מרתק לתהות ולחשוב האם אפילו רשתות העצבים המלאכותיות הפשוטות כל-כך (ביחס למוח האנושי) יכולות לפתח מודעות עצמית, ואם כן – איך נוכל לזהות אותה.

תור ה- EM

הפיזיקאי וחוקר הבינה המלאכותית רובין הנסון הוא אחד האקדמאים שרעיונותיהם הצליחו כבר לשנות את העולם. הוא פיתח ושכלל את קונספט "שווקי התחזיות", למשל, בהם משתמשות חברות רבות כיום כדי לחזות את העתיד טוב יותר[6]. הכלכלן בריאן קפלן כתב כי –

"כשכלכלן טיפוסי מספר לי על המחקר האחרון שלו, תגובתי הרגילה היא "הא, אולי." ואז אני שוכח מזה. כשרובין הנסון מספר לי על המחקר האחרון שלו, תגובתי הרגילה היא "אין סיכוי! בלתי-אפשרי!" ואז אני חושב על זה שנים."

בספרו האחרון, תור ה- EM (The Age of EM)[7], מנסה הנסון לפתח רעיון "בלתי-אפשרי" חדש ולפענח כיצד יראה עולם בו ניתן יהיה להריץ סימולציות מלאות של מוחות אנושיים במחשב (Emulated Minds). הוא מתאר עולם עתידי בו 'מוחות במחשב' יחליפו את בני-האדם ברוב המטלות, יבצעו עבורנו עבודות ביעילות ובקלות, ואפילו יפתחו רעיונות חדשניים אודות החיים, המוות והאנושות. זהו עתיד שרחוק מאיתנו כדי מאה שנים, לפי הנסון, אך אם הוא צודק – הרי שילדינו יהיו כבר חלק ממנו, וכך גם רבים מהצעירים החיים כיום.

[The Age of Em]

כדי להגיע לעתיד שמתאר הנסון, אנו זקוקים עדיין למספר רב של פריצות-דרך מדעיות וטכנולוגיות – שלחלקן אפילו איננו מודעים כיום. אולי המחקר שסיקרתי כאן, בו פיתחה רשת עצבים מלאכותית מבנה דמוי-ביולוגי, מהווה אחת מהן, ומספק לנו סימן נוסף בדרך לעתיד של מוחות ממוחשבים. נראה שזוהי גם כוונתם הסופית של החוקרים בחברת DeepMind, שכבר הסבירו בראיון כי –

"אישית, אנו לא חושבים על אף שימוש אחר מלבד יצירת אלגוריתם למטרות-כלליות. המוח הוא הדוגמה היחידה שיש לנו לאלגוריתם למטרות-כלליות, אז למה לא להעתיק ממנו?"

אתם מוזמנים לקרוא עוד על עתיד הבינה המלאכותית והמוח האנושי בספריי המדריך לעתיד ו- "השולטים בעתיד", בחנויות הספרים המובחרות (וגם אלו שסתם בסדר).