מהפך קוגניטיבי בעולם המחשוב
מאת: חיים חביב, 24.11.13, 23:45
מערכות המחשוב הקוגניטיבי תשנננה את חיינו, אך עדיין מותר האדם החושב על המכונה הקוגניטיבית. רשמים ממפגש אקדמי מרתק במעבדות המחקר של יבמ בחיפה.
אדם מן הישוב אילו נקלע בסוף השבוע שעבר לכנס מדעי, שערכה יבמ בחיפה, היה מופתע לכובד השאלות, שריחפו באוויר. האם אדם עיוור מסוגל להבין את עולמנו ומה אנו יכולים להסיק מכך על עצמנו? כיצד תראנה מערכות ווירטואליות ורובוטיות הנשלטות בכוח המחשבה? מה המשותף לרעידות אדמה, לאירועים מוחיים ולהיווצרותן של שפות אנושיות? אלו היו רק מקצת השאלות על סדר יומם של משתתפי יום העיון, שיזמה מעבדת המחקר של IBM בחיפה (יום ה', 21.11.13), בנושא מערכות קוגניטיביות (Cognitive Systems, The New Era of Computing).
תפישת המחשוב הקוגניטיבי יצרה דרמה של ממש מאז פרץ לעולמנו, רק לפני שנים מעטות, מחשב ה-Watson של IBM. עקרונות המחשוב הקוגניטיבי מגלמות מהפכה בעולם המחשוב הקלאסי (מערכות מתוכנתות); המחשב החדש מציע רמות חדשות של מודעות בתהליך עצמאי, ואינו מסתפק רק בניתוח ובהצגת נתונים מתוך מאגרים מסורתיים – הוא נחשב לדבר החם הבא בעולם הטכנולוגי, ולראשונה מתחילים מיליוני בני אדם בעולם להבין ולשער עד כמה 'חכם' עשוי המחשב הבא להיות. הצצה ראשונה לעולם המחר, ברמת היישום המדעי-פופולארי, סיפק מחשב ה "ווטסון" הייחודי של יבמ, שהצליח לגבור על אלופי האלופים במשחק הידע הטלוויזיוני האמריקאי Jeopardy (פברואר 2011), תוך שהוא מתקשר עם הסביבה בדיבור אנושי.
ריק קפלן, מנכ"ל יבמ ישראל, גילה למשתתפים, כי רעיון המחשוב הקוגניטיבי עמד במרכז שיחה, שהתקיימה בין נשיא המדינה, שמעון פרס, לבין מנכ"לית יבמ העולמית, גי'ני רומטי, בביקורה הראשון בישראל, לאחרונה. קפלן: "השאלה עימה אנו מתמודדים עתה היא עתיד המחשוב בכלל: יכולות המחשב ללמוד, להקשיב, ולהשלים את יכולות המוח האנושי". אל מחשב הווטסון, המבוסס על שילוב תחומי מחקר וטכנולוגיות של יבמ יחזרו בהמשך מרבית הדוברים באירוע. על הפרויקט, שהפך להיט, החלו לשקוד במעבדות המחקר של יבמ כבר בשנת 2006, והצלחתו כבר הולידה קהילת מחקר ופיתוח תוססת הפועלת למצות את יכולות הפלטפורמה החדשנית.
משאב הטבע הבא: Big Data
ד"ר דאריו גיל (Dario Gil) (בתמונה), מנהל מעבדת החוויה הקוגניטיבית במעבדות המחקר של יבמ ומוביל תחום המחקר במחשוב קוגניטיבי ביבמ העולמית, מאמין כי משאב הטבע הגדול הבא הוא ה-Big Data. לדבריו, התהליך הואץ, בין היתר, בשל: התפוצה האדירה והשימוש האינטנסיבי במכשירים ניידים, הקטנת חסמי הכניסה לעולמות המובייל (וטכנולוגיות נוספות) הודות לטכנולוגיות ענן, פריחת הרשתות החברתיות, והתהליך בו הופך העולם ממוכשר יותר. כל אלו מציבים אותנו בראשיתו של זינוק חד בכמויות הנתונים, כאשר חלק גדול מהנתונים הנוצרים מאופיינים בפורמט בלתי מובנה, ומתאפיינים ב'רעש' רקע משמעותי.
לדבריו, על כל יחידת מידע גולמי, תהיינה בעתיד 10 יחידות של מטא-דאטה, 100 של קשרים לתחום הידע, ו- 1,000 של קשרים הנוצרים כתוצאה מניתוח אנליטי. כל אלה, דורשים טיפול מושכל באופן המכניס אותנו לעידן של שותפות בין אנשים ובין מערכות.
"עידן המחשוב הקוגניטיבי מבוסס על עקרונות תכנון חדשים, שמסוגלים להתמודד עם רמות גבוהות של מורכבות, להתרחב ולהרחיב את היכולות והמומחיות האנושית", אומר גיל.
האתגר, מבחינתו, הוא לנצל את חלון הזמנים וההזדמנויות להצלחה: בין אם במניעת הונאות - אותן יש לאתר בתוך שניות; באבחון מחלות דוגמת סרטן - בתהליך האורך שבועות או חודשים; בהתערבות המיועדת להבטיח כי יותר תלמידים יגיעו אל קו הגמר ויסיימו את לימודי בית הספר התיכון - בתהליך שיפור הנמשך לאורך שנים. כל הטכנולוגיות המוכרות כיום כבר מאפשרות את כל אלה אך הן מוגבלות בקצב העיבוד.
מחשוב קוגניטיבי מתחיל במערכות סיוע אינטראקטיביות לביצוע קניות, כאלו הממנפות, לדוגמא, ידע אנציקלופדי במהותו. ברמה הבאה, פועלות מערכות המסוגלות להבין את התחום אליו מתייחסים הנתונים. בהמשך, וברמה הבאה, פועלות מכונות המטפלות בתהליכי החלטות: הן בוחנות נתונים סותרים, ומסיקות תובנות חדשות. בפסגת הטכנולוגיות, עומדות מערכות המגלות בעצמן נתונים, תופעות.
ד"ר גיל דאריו: "שיתוף הפעולה בין אנשים ומחשבים הוא שיקבע עד כמה נצליח להרחיב ולהגדיל את היכולות האנושיות. רכיבי שיתוף הפעולה כוללים מערכות לומדות ומנמקות (reasoning) מצד אחד ואנשים מצד שני. שיפור היכולות האנושיות דורש התמודדות עם מגבלות פיזיות, מגבלות קישור, מגבלות פריון עבודה. עד היום, פתרנו את כל אלה. הבעיה הבאה היא זו של רמת המורכבות. כאן נדרשים לנו כלים חדשים דוגמת מחשוב קוגניטיבי".
יבמ בוחנת כיום כיצד לפתח ולבנות סביבות קוגניטיביות, שמשובצות מספר מערכות ומכשירים המאפשרים לאדם לפעול מול מערכת משולבת אחת. היעד הוא לאפשר שילוב אדם ומחשב, ולהיות ערוכים לעידן הטכנולוגי הבא. יהיו עדיין נושאים לא מקוונים ומקרים בהם נגיד "אשוב אליך בהמשך".
חלק מההשראה לפיתוח עתידי בעולם המערכות הקוגניטיביות צפוי להתבסס ולהיבנות מתובנות המופקות בתהליכי חקר המוח. "כשאנחנו מגלים חוסר יעילות בהשוואה למוח, אנחנו מנסים להבין מה אנחנו, אנשי המחשבים, עושים לא נכון", אומר דר' גיל.
ללמוד מהמוח
פרופ' עידן שגב, מהאוניברסיטה העברית, סקר את מאמצי המחקר המתנהלים במסגרת שיתופי פעולה בינלאומיים בתחום המחקר והמיפוי של המוח האנושי.
פרופ' שגב: "המוח הוא מחשב של פטה-פלופ ביצועים, עם צריכת זרם מזערית. אנחנו יכולים ללמוד מהמוח, אבל קודם כל עלינו להבין אותו".
אחד מכלי המחקר החשובים ביותר, מבחינתו, הוא סימולציה של המוח באמצעות מערכות מחשב. בהקשר הזה, מצטט שגב את פרופ' מייק לויט, חתן פרס נובל, שמאמין כי סימולציות ממוחשבות תשפענה בתוך 50 שנה על כל היבט של חיינו.
הסימולציה נדרשת על מנת להבין טוב יותר את המתרחש במוח ברמה המערכתית. כל מילימטר מעוקב של מוח אנושי כולל כ-4 ק"מ של קישורים, 100 מיליון סינאפסות ו- 30,000 תאים. העבודה בעולם מדעי המחשב מתמקדת בבניית מערך מחשוב המדמה את כל התאים המרכיבים מ"מ מעוקב כזה. כך, יודעים החוקרים כבר כיום להצביע על 60 סוגי תאים, מבנים בעלי פעילות חשמלית שונה, תהליכי קלט ושידור, כמו גם על תהליכי ההפצה והבלימה של תקשורת.
כל קבוצת תאים מאופיינת בפעילות חשמלית שונה, בדומה לכלים שונים המרכיבים יחד תזמורת פילהרמונית המנגנת מוסיקה מופלאה. פעילות המוח מאופיינת בפרצים חשמליים. הבנת מחלות המוח נשענת על סימולציה של פעילות זו במערכת המהווה, למעשה, עותק מתמטי של המערכת הביולוגית האנושית. כך, מבינים החוקרים כיום, כי פרקינסון היא מחלה בה מופק קוד חשמלי שגוי על ידי המוח.
פרופ' שגב חוזה, כי בתוך עשור אפשר יהיה להבין את התקשורת בכל המוח, לא רק ברמה מקומית. במקביל, עוסק צוות אחר במחקר המתמקד ברובוטיקה, בניסיון ליישם תובנות המופקות במחקר התיאורטי גם לצורך הפעלת מכשירים דוגמת גפיים רובוטיות באמצעות המחשבה של האדם הנכה בלבד.
ד"ר דורון פרידמן, מהמרכז הבינתחומי הרצליה, שעוסק בסוגיות ממשק אדם-מכונה, מתמקד בשליטה בגופים וירטואליים או אמיתיים, באמצעות אזורים במוח האחראים לתנועה. במחקר משותף עם ד"ר רפי מלאך ממכון ויצמן, הראו החוקרים כיצד הם שולטים ברובוט דמוי אנוש הנמצא בצרפת ומופעל באמצעות סריקת מוח המתבצעת בישראל במכשיר fMRI.
ד"ר פרידמן: "האתגר הוא לבצע קריאה מדויקת של המוח בפעולה בודדת, בקוון ישיר". פרידמן מגלה, כי בשבועות האחרונים הצליח צוות המחקר שלו להשתמש במודל אותו פיתחו לאפיון אזורים אחרים במוח, לא רק אלה האחראים לתנועה.
דברים שרק עיוור יכול לראות
ד"ר צ'יאקו אסאקאווה (Chieko Asakawa) (בתמונה), חוקרת במעבדות המחקר של יבמ בטוקיו, התעוורה לחלוטין בגיל 14. בעבודתה היא מתמקדת לא רק בפתרונות טכנולוגיים לרווחת עיוורים ובעלי מוגבלויות, אלא גם בעיסוק הפילוסופי בסוגיות דוגמת מידת יכולתו של עיוור להבין את עולמם של הרואים.
בהרצאתה המרתקת (שזכתה לתשואות ממושכות של הקהל) התייחסה לאתגרי ההנגשה של השימוש במחשב לעיוורים כאל מנוף לקידום חדשנות טכנולוגית בכלל. בין השאר, היא חולמת על בניית מכשיר, שימוקם על כתף המשתמש, כאילו היה ציפור מחמד, יצפה אל העולם ויפרש אותו עבור בעליו בזמן אמת.
אסאקאווה מאמינה, כי המחשוב הקוגניטיבי יאפשר פיתוחים, שאינם זמינים כיום. כפתיח הדגימה משקפיים, שפותחו ביבמ בשיתוף פעולה עם אוניברסיטת קרנגי מלון, שמזהות תווי פנים של אנשים הנקלטים בשדה הראיה שלהן ומדווחות למשתמש (מרכיב המשקפיים) על זהות האנשים בקרבתו, ואף מדווחת לו בשפת אנוש על הבעות הפנים: חיוך, כעס וכיו"ב. בהמשך, הדגימה כלי עזר נוסף – אפליקציה לטלפון סלולרי, שפותחה במעבדת המחקר בחיפה, ומסייעת בביצוע קניות מושכלות. המערכת מזהה את המוצר על המדף מולו ניצב המשתמש בחנות הכלבו, ומספקת לו חיווי מידי לגבי הערכים התזונתיים, כמות הקלוריות, רכיבים ומחיר (בשילוב טכנולוגיית מציאות רבודה).
כלי אחר בשלבי ניסוי ופילוח, מזהה מנות המונחות על גבי צלחת בארוחה, ומחשב את כמות הקלוריות בכל מנה.
דר' אסאקאווה מאמינה, כי בקצב ההתפתחות הטכנולוגי, יוכלו עיוורים כבר בעתיד הקרוב לנהוג בכלי רכב מנועיים. זאת, אודות לשורת אמצעים טכנולוגיים, שיעמדו לשירותם. חשיבות הפיתוח בתחומי הנגישות גוברת לנוכח מגמת הזדקנות האוכלוסייה בעולם כולו – אלו פותחים פוטנציאל אמיתי לסיוע טכנולוגי. "אדם עיוור יוכל להבין את עולמנו (שלי ושלך, הפיקח) בעזרת טכנולוגיה", סיכמה אסאקאווה.
פרופ' ריצארד זמל (Richard Zemel), מאוניברסיטת טורונטו, מתמקד במחקריו באופן בו מייצג המוח את העולם, ובדרכים בהן ניתן ללמוד על העולם מתוך אינטראקציה עם הסביבה. זמל הדגים מצבים ואופנים בהם המוח האנושי מתעתע בבעליו. המודלים המתמטיים המורכבים אותם הוא מפתח, מייצגים את האופן בו מרכז המוח נתונים ממספר גדול של מקורות, כדרך להתמודדות עם חוסר הוודאות של קריאה בודדת, באמצעות מודלים הסתברותיים.
לדבריו, הרעיון של לימוד מבוסס מודלים הסתברותיים הולך ומוכיח עצמו. החוקרים מתמקדים בבניית מודלים הסתברותיים חדשים, המדמים את הדינמיקה המוחית ומודלים של פרצים חשמליים (Spike), על מנת לרדת לעומק הליך החשיבה האנושי.
פרופ' נתן אינטרטור, מבית הספר למדעי המוח אוניברסיטת ת"א, מפתח טכנולוגיה לזיהוי אנומליה של קריאת סיסמוגרפים לצורך התראה מוקדמת של רעידת אדמה. פרופ' נתן, שכינה את הרצאתו "על פילים, רעידות אדמה וניטור המוח", הסביר כי, מניתוח פעילות חשמלית של המוח, עולה דפוס פעילות דומה לזה של רעידות אדמה (ולפניה) – ודמיון אחר של דפוסי גלי המוח בעת מדיטציה ובקטעי תפנית חיובית בסרטי קולנוע. ניתוח אחר מצביע כי דפוסי הפעילות של סובלים מהפרעות קשב שונים מאלה של מרבית האוכלוסייה. לאחר נטילת תרופת הריטלין, הפעילות המוחית של המטופל מקבלת תפקוד תקני, דומה לנורמלי.
ווטסון לומד לנמק – ולא רק לענות
ד"ר ג'ון פרייג'ר (John Prager), מבכירי צוות הפיתוח של ווטסון ביבמ, סקר את כיווני המחקר והפיתוח העתידיים של המערכת הייחודית. לאחר הזכייה ב-Jeopardy, מפנה עתה יבמ את המערכת בעלת היכולות הקוגניטיביות שלה אל העולם הרפואי ועולמות תוכן נוספים.
דר' פרייג'ר: "יש הבדל מהותי בין ווטסון 1.0 ובין הדור הנוכחי. לצורך משחק הטלוויזיה, נדרשו כושר טיפול גבוה בשפה טבעית, במגוון תחומי ידע, החלטה לגבי מהות השאלה, ותשובה מהירה בתוך פחות משלוש שניות. בתחומים אחרים, יידרש גם להסביר את הסיבות, שהובילו לתשובה, ולנמק אותה".
לצורך המשחק, למד ווטסון לשלב ולשקלל תשובות של מגוון מומחים, בטווח תכנים רחב, כאשר אף לא אחד מהם בפני עצמו הכיל את התשובה המלאה. השאלות הקשות למחשב אינן בהכרח כאלה הקשות יותר לבני אדם, ובעיה מיוחדת מעוררת קטגוריות של משחקי מילים, שמבוססות על מצלולים למשל, שאינן זמינות במאגרי ידע. ההתמודדות עם שאלות כאלה מתחילה בפירוק השאלה עצמה, הרכבת רשימת מועמדים לתשובה , ובדיקה מול מילון פונטי הנבנה במיוחד לצורך זה.
באופן דומה, הפעילות החדשה של ווטסון בתחום הבריאות נשענת על טכנולוגיה של מענה לשאלות בתוספת מהותית: הכרח לנמק ולהצדיק את התשובה. במשימות המתנהלות בשיתוף פעולה בין הרופא המומחה ובין המערכת, הרופא מצפה להצגת הנתונים, שהובילו את המכונה לתשובה שהציג.
המפתחים פנו אל מערכת הבחינות לקבלת רישיון עיסוק ברפואה בארה"ב, ומבססים עליה את התשובות. אלה, אינן מושגות במהלך בודד: הן כוללות שיקול, בקשה לתוספת נתונים וכן הלאה.
שלב חשוב בעיבוד שפה טבעית, עליו מבסס ווטסון את הראיון המנוהל עם החולה, הוא זיהוי מדויק של הבעיה עליה מתלונן החולה והצגת שאלות האבחון. גם אם התשובה אינה מתייחסת ישירות לשאלה, היא נוספת לבסיס העובדתי, עד ליצירת קשר בין התשובות ובין ההשערות המוקדמות אליה הגיעה המערכת.
הרופא יכול להפעיל מערכת שאלות "מה-אם" ולהציגן למערכת במתכונת של "מה אם היית יודע ש...". המערכת מחפשת מה השינויים הנדרשים במבנה ההנמקות שלה או בתוצאה הסופית.
יישומים עתידיים נוספים של ווטסון אותם חוזים ביבמ כוללים כל תחום, שמתקיים בו הליך אבחון, החל מבדיקת מכונית, דרך ניתוח פיננסי ועד לשיפור תהליכי שיתוף ידע בגופי ממשל או חינוך.
דר' עודד כהן, סגן נשיא בחטיבת המחקר ומנהל מעבדת המחקר של יבמ בחיפה, סיכם את האירוע, והנחית את המשתתפים מגובה עשרת אלפים רגל למציאות חיינו. כהן, הזכיר יישומים ברי מימוש של ווטסון בהם מערכת תומכת החלטה לרדיולוגים, שנחשפה לאחרונה בכנס יבמ IoD 2013בלאס וגאס (ר' כאן, הודגמה גם במפגש), ניתוח בדיקות סרטן צוואר הרחם, חיפוש ואחזור תכני מולטי-מדיה ועוד.
כהן חתם את הכנס בשאלה: עד כמה מחקר המוח רלוונטי לתחום המחשוב הקוגניטיבי, והעיר: "התשובה אינה פשוטה, ממש כשם שציפורים לא סיפקו בסופו של דבר את ההשראה להנעה של מטוסים".
עדיין מותר האדם על המכונה הקוגניטיבית, ועדיין רב הנסתר על הנגלה (בחקר המוח ובניסיון לפענח תהליכים אנושיים מורכבים במוח ולחקותם) – אך כנראה, שהפערים הולכים ומצטמצמים.
|
|
 |
|
|
