"החדשנות במאה ה-21 תהיה בממשק של הביולוגיה והטכנולוגיה"

כך אמר פרופ' סימון ליצין, מרצה באוניברסיטת  ת"א ו-CTO בחברת   StoreDot במסגרת פנל מומחים תחת הכותרת 'שבבים של מהפכה' שהתקיים במסגרת מפגש מועדון השבבים הישראלי בשבוע שעבר

"החדשנות במאה ה-21 תהיה בממשק של הביולוגיה והטכנולוגיה". ציטוט זה, המיוחס לסטיב ג'ובס המנוח, פתח את פנל המומחים בנושא: שבבים של מהפיכה  – האם שבבי העתיד טמונים בשילוב הנכון בין ביולוגיה, כימיה ופיסיקה במסגרת מפגש מועדון השבבים הישראלי שהתקיים ב-23 ביוני 2014 בת"א בהשתתפות  פרופ' סימון ליצין, מרצה באוניברסיטת  ת"א ו-CTO בחברת ,StoreDot פרופ' מתי מינץ, מרצה באוניברסיטת  ת"א וחוקר בתחום ממשקי מוח מכונה וד"ר תום רן, חוקר בתחום המחשב הביולוגי, מכון ויצמן למדע. מנחה, שלמה גרדמן, יו"ר מועדון השבבים הישראלי.

לכתבות הקודמות על מפגש זה של מועדון השבבים:

• החלום של הננו אלקטרוניקה יתגשם באמצעות הביולוגיה – פרופ' רון נעמן, מכון ויצמן
• "המטרה – להבין כיצד המוח פועל ולהפיק מכך גם תובנות לתחומים אחרים" –  פרופ' אילון ועדיה, האוניברסיטה העברית

פרופ' ליצין: "סטיב גו'בס אמר שהחדשנות במאה ה-21 תהיה בממשק של הביולוגיה והטכנולוגיה, אני מסכים איתו. אנחנו רוצים לנצל את המולקולות בטבע למימוש של מכשירים אמיתיים בחברת STOREDOT."

"הסיפור התחיל כשקראתי מאמר בנייצ'ר ב-2010 על מחקר שנעשה באוניברסיטת תל-אביב על ידי פרופ' אודי גזית וגיל רוזנמן על שימוש בפפטידים לייצור של ננו-דוטס – נקודות קטנות. בחולי אלצהיימר פפטידים מתחברים בעצמם לננו צינורות וגזית ורוזנמן למדו איך לעצור את התהליך באמצע  ולייצר ננו-דוט אורגניים קטנים ואחידים בגודלם. באותו זמן עבדתי במקביל לאוניברסיטה גם בחברת סנדיסק, ובדקתי לפיכך שימוש בננו-דוט ממתכות בזכרונות מסוג פלאש. ניגשתי לגיל רוזנמן והתחלתי לשאול שאלות על תכונות פיסיקליות, התברר שהמדע לא יודע לענות על השאלה הזו. הקמנו קבוצת מחקר, ודורון מאירסדורף הצטרף אלינו. מהמחקר הזה צמחה חברת סטור-דוט שהחלה לפעול לפני שנה, ונמצאת בסבב שני של גיוס כסף. אנחנו מתרכזים בשתי אפליקציות שינוי צבע במסכים בדרך הרבה יותר יעילה וזולה ובסוללות שניתן לטעון אותם ב-30 שניות.

פרופ' מתי מינץ, מרצה באוניברסיטת  ת"א וחוקר בתחום ממשקי מוח מכונה סיפר על המחקרים שהוא עורך בביה"ס למדעי המוח, בשיקום תפקודים התנהגותיים בעקבות פגיעה מוחית. " הרבה מחקרים בנוירולוגיה ובפסיכיאטריה מראים כי במשך השנים או כתוצאה מתאונות נפגעים איזורים קטנים בהמוח ושמתפקדים בצרוה לא נכונה, זה נכון בזקנה כאשר משתבש תפקודם איזורים קטנים במוח שאחראים על פעולות מוטוריות פשוטות כמו בליעה או נשימה . הרעיון הוא לקחת איזור במוח ולראות אם ניתן לקלוט את המידע בכניסה לאותו איזור, לעבד אותו בחוץ, ולהחזיר את המידע ליציאה מאותו רכיב מוחי.

"ברגר, באוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס חקר בהקשר זה את ההיפוקמפוס, האיזור האחראי על הזכרון, התפיסה המרחבית והעברת זכרון מטווח קצ רלטווח ארוך. הוא תוקע הרבה מאוד אלקטרודות בכניסה להיפוקמפוס וביציאה ממנו ובדרך הוא מפעיל שבב המכיל אלגוריתם המתרגם קלט לפלט. בניסוי שעשה בעכברים הוא הצליח לשקם את זכרונם, ואולם התקשה ללמד אותם דברים חדשים אלא רק לחקות את מה שעשו בעבר. הקבוצה שבניתי יחד עם מהנדסים באוניברסיטת תל אביב בשיתוף מספר קבוצות באירופה מבקשת להחליף איזור בהיפוקמפוס בהעתקה של מעגל מוחי. העתקנו בשבב מעגל עצבי במוח הקטן שאחראי על למידה מוטורית. חיברנו את זה לשני מסלולי הכניסה למוח הקטן ולפלט. כשמוציאים את איזור הלמידה החיה משתמשת במעגל החליפי שמאפשר לה ללמוד דברים חדשים. החסרון – אני לא יודע לחקות את מה שהמוח הקטן למד בעבר. אנחנו יכולים לתת לאדם את המערכת שתוכל ללמוד מחדש את מה שלמד כשהיה ילד. אבל כאמור המחקר נמשך."

ד"ר תום רן  חוקר בפרויקט המחשב הביולוגי של מכון ויצמן מספר על טיפות מים שיכילו טריליוני מחשבי DNA, יסיירו בגוף ןידעו לזהות תאים סרטניים. "יישומים מעניינים אחרים לטכנולוגיה היא הנדסה גנטית של חיידקים כך שיוכלו לעכל נייר ולהפכו לסוכר, מדפסת תלת ממדית שבה ניתן יהיה לבנות רקמות – וכבר הדפיסו באמצעותה דם מלאכותי וכליות לעכברים. היום ניתן להזמין קופסה, לירוק לתוך המבחנה וכעבור שבוע לקבל מידע אם יש לי נשאות לגנים סרטניים, ולכונן את הדיאטה, ואפילו יותר מפחיד, מציעים סקירה גנטית ואיך הילד ייראה. יש בנקי זרע שמציעים לסמן תכונות. הטכנולוגיה תוכל אפילו לסייע בהחייאת זנים – מהממותות ועד האדם הניאנדרטלי."

"ואולם לצד היתרונות ישנו החשש שחברות הביטוח ינצלו את הטכנולוגיה לרעה ויקבעו פרמיות גבוהות לנשאים גנים סרטניים לדוגמה, או החשש שכל ילד יוכל להדפיס וירוס אבולה במדפסת תלת ממדית ותיתחיל מרוץ של וירוס ואנטי וירוס גם בחיים האמיתיים".

מנחה הפאנל שלמה גרדמן: "כל מה שראינו פה ללא ספק מדהים ושאנו חייבים הלתאים את עצמנו לחיים בעולם משתנה. האם אנו בפתחה של  אחת המהפכות הטכנולוגיות ושהגוף האנושי והמיחשוב משתפים פעולה יותר מאי פעם?

פרופ' מינץ: "קל להגדיר כל דבר שמשתנה כמהפכה. השאלה לאיזה כיוון המהפכה הולכת. אני לא מסכים עם פרופ' ועדיה שאמר המהפכה תהיה לכיוון של ביולוגיה ואלקטרוניקה. לאלקטרוניקה יש חלון הזדמנויות מאוד קצר. הביולוגיה תתפתח כל כך שהאלקטרוניקה תהיה מיותרת. ראינו איזה סוג של מחשבים יוכלו להיות. מדובר על האפשרות לשחזר את הביולוגיה ולחבר אותה עם טכנולוגיה אבל אנשים שעובדים בחיבור עם אלקטרוניקה כמוני יודעים שיש לנו זמן קצוב עד שהביולוגים יכנסו לסיפור ואז תהיה מהפכה."

פרופ' ליצין: "אני רוצה שלא נתבלבל פה כי יש שני כיוונים – שימוש של אלקטרוניקה סטנדרטית למטרות של שיפור התפקוד של הגוף, של הבריאות שלנו ופה אנו באמצע המהפכה. עדיין המערכת יותר מדי שמרנית והרגולטורים לא נותנים להתערב בחיים של בני אדם אבל רואים פריצת דרך גדולה. הכיוון השני הוא שימוש בחומרים אורגניים לבניית תהליכים חדשים כמו באלקטרוניקה כאן אנו בתחילת הדרך. יש מעט חברות ורעיונות אבל אני מאמין בכיוון ותוך 10-20 שנה נראה המון אפליקציות ושימוש נרחב בחומרים ביולוגיים."

ד"ר רן: "ב-DNA שלנו יש 3 מיליארד אותיות ומספיק טעות באחת מהן כדי שלאדם יהיה סיסטיק פיברוזיס. הקונספט של המיחשוב יהיה אותו קונספט, והמשמעות היא שהוא יהיה בתוכנו, זו תהיה מהפכה."

גרדמן: "היום רוב המחשבים בנויים על פי מכונת פון ניומן – עיבוד טורי, המוח בנוי בדרך של עיבוד מקבילי ורשת נוירונים יותר יעילה. האם אתם חושבים שבשנים הקרובות ישתנה כל עולם המיחשוב לכיוון של עיבוד נוירוני שדומה למבנה של המוח?

ד"ר רן:  "יש מערכות מיחשוב מקביליות לא מעטות, אבל המוח לאו דווקא עובד במקביל. החוויה שלנו היא טורית:  מחשבה אחרי מחשבה. בעידן המיחשוב הביולוגי נראה 3 טריליון מחשבים בטיפה אחת, כלומר אינספור מחשבים שעובדים במקביל. ניתן יהיה לפתח מחשבים ביולוגים שיבקרו זה את החלטתו של זה. כידוע כל נשירת השיער נובעת בגלל שהיום רושמים תרופות לא מדויקות. יהיו מחשבים שיבדקו אחד את השני – אחד יבדוק חולי השני יבדוק בריאות."

פרופ' ליצין: "כשמדברים על מהפכות, צריך לזכור שכבר לפני 20 שנה דיברו על מחשבים קוונטייםץ חשבו שעוד 5-10 שנים הם יחליפו את המחשבים הרגילים. האמת היא באמצע. כמובן אני מאמין שיהיו תהליכים שניתן יהיה לבצע ביעילות גבוהה יותר ברשתות נוירונים אבל אני לא מאמין שהם יחליפו את המחשבים הקיימם. אני מאמין שיהיה פתרון משולב אך אנחנו בשלב די התחלתי שלו."

פרופ' מינץ: "אני לא יודע אם תהיה מהפכה בתחום המחשבים אבל בוודאות אנו בפתחה של מהפכה בתחום המוח. כמה תאים אני מסוגל למדוד בו זמנית? אחד, שניים, שלושה. אם אני בונה את המעגל בצ'יפ אני יכול עכשיו לדעת מה עושה כל רכיב בו זמנית. המהפכה תתבצע באמצעות החיבור לאלקטרוניקה אני מרוויח עכשיו ידע על המוח עצמו. באמצעות חיבור לאלקטרוניקה אוכל להבין טוב יותר איך המעגל עובד, אפילו ועדיה שעובד עם הכי הרבה לאקטרודות לא מצליח לייצר את האינפורמציה ממעגל כל כך קטן."

גרדמן, פונה בשאלה לפרופ' ליצין: לאן ניתן להגיע כתוצאה מהשימוש במוצרים ביו-אורגניים?

פרופ' ליצין: "הרעיון הראשון שראיתי בהקשר זה היה שיפור זכרון המחשבים כתוצאה ממחקר על אלצהיימר (שזה רעיון מעניין כשלעצמו כי מדובר במחלה הפוגעת בזכרון)., אבל אני מאמין שיש עוד המון תהליכים בגוף האדם שעדיין איננו מבינים וניתן יהיה ללמוד מהם ולהשתמש בידע הזה באפליקציות עתידיות. את השימוש בננו-דוטס למסכים גילינו במקרה, כאשר נסינו למכור את הזכרונות ולא היו להם קונים, אבל אחד הלקוחות, חברה גדולה באסיה, הציעה שנבדוק את התכונות האופטיות של הנקודות הקוונטיות. כל העניין הוא לשאול את השאלות הנכונות."

גרדמן – לפרופ' מינץ , עד כמה אנו קרובים לשבבים ביוממטיים?

"תלוי לאילו מחלות. לאלצהיימר כנראה לא נוכל למצוא פתרון משום שזו מחלה דיפוזית, התוקפת בהרבה מקומות בקליפת המוח. אבל יש מחלות נוירולוגיות וגם פסיכיאטריות שאפשר למקם אותם לגרעין אחד קטן לגרעין עוד יותר קטן – של עשרות ומאות תאים, ואם יש מחלה כזו עם בעיות של בליעה או בעיות של מוטוריקה עדינה. אפשר לחבר מעקף, אפילו בלי להוציא את האיזור הפגוע עד שהוא ישתקם. כדי לפתח מעגל סגור שבו יקלטו את האותות המגיעים לאיזור קטן במוח, יעבדו את המידע בשבב חיצוני ויחזירו את התשובה למעגל, הדבר דורש ידע באנטומיה ובפיסיולוגיה.

היום מדברים לא רק על שיטות חשמליות שהרזולוציה שלהן נמוכה, אלא גם על  גריה באינפרה ובאמצעים אחרים. הדברים הללו נכנסים בצורה מאסיבית. בכל אופן אם נצליח בעתיד בהחלפה של איזורים קטנים אך חיוניים במוח, הנכדים שלנו יוכלו להגיע ל-150.

גרדמן, לד"ר רן: כבר בשנת 2001 הציגו פרופ' אהוד שפירא מחשבים ביולוגים, כיום אתה וחבריך מנסים לפתח מערכות שיסירו בגופנו ויגלו מחלות בשלבים מוקדמים, עד כמה התקדמתם?

"יש כבר יישומים, למשל התרופה למלריה, שעד כה היתה יקרה כי ריכוז החומר הפעיל בצמחים נמוך מאוד, מיוצרת כיום בכמויות ענק בידי חיידקים כמו שמייצרים היום אינסולין. מדובר בפרויקט שיקח המון שנים, באם נשקיע את המשאבים הדרושים."

גרדמן: מה עמדתכם באשר לחשש הציבור מפני שימוש לרעה בטכנולוגיה? הזכרתם דברים כגון שכפול וירוסים, שליטה במוח שאנשים או ארגונים יוכלו לעשות בשנים הקרובות, איך מונעים זאת?

פרופ' מינץ – לפני כ-15 שנה הרציתי באירופה על שבב שיחליף חתיכה של המוח. ההרצאה הוקלטה והוצגה לאחר מכן בלי ידיעתי בועידה שעסקה באתיקה בה הושמצתי. ביקשתי להופיע שנה אחר כך באותו כנס, לקחתי אנשים מאירלנד שמייצרים אלקטרודות, רופא שעובד בגרנובל שמשתיל אלקטרודות לחולי פרקינסון והראינו את היתרונות של הטכנולוגיה. כמובן שניתם להשתמש בכל טכנולגיה לרעה והשאלה היתה מי האחראי?

"גם המדענים צריכים להיות אחראים. לאחרונה התפרסמו מחקרים מיפן שהראו לכאורה כי ניתן לבנות מולקולות בצורה מדהימה. התברר שזו הייתה רמאות והמוסד האקדמי, שהעסיק  מאות חוקרים נסגר. גם ממסד המדע עצמו שומר על עצמו לא לעשות משהו מעבר למה שמותר. אבל כמובן כמו בכל חברה מתוקנת מישהו צריך לעמוד מבחוץ.  בוש עשה את זה בזמנו כשהגביל את המחקר בתאי גזע, אובמה ביטל החלטה זאת. פרופ' אסא כשר אמר שעוד לא היתה טכנולוגיה שהצליחו לעצור השאלה היא לא האם לעצור את התפתחות אלא האם לאסור את השימושים השליליים שלה.

ד"ר רן: אין מה לחשוש מארגונים. עבור אל-קעידה, מחשבים ביולוגיים זה OVERKILL. יותר ק ל להם לשלוח מטוסים להתנגש בבנינים, אינני חושש מחוקרים באקדמיה אך באמת מודאג מגאונים בכל מיני גראז'ים. אם סטיב גו'בס יכול היה לבנות את אב הטיפוס של המחשב בגראז', אנשים יכולים לאסוף דברים מהטבע ולתכנן אותם מחדש בלי פיקוח.

פרופ' ליצין: "אני מסכים עם תום. המודל הסטנדרטי של איומים בחברה מתוקנת באים לא מהדברים החכמים. מפתחי הקאסמים לא משתמשים במשוואות. הטכנולוגיות הלו חכמות מדי כדי שיהיו במרכז האיומים. רוב האנרגיה שלנו תלך למאבק נגד איומים הרבה יותר פשוטים מאשר כניסה למוח שלנו."

פרופ' אילון ועדיה ביקש להעיר לחברי הפאנל ואמר: לכל הפסימיסטים ביכולת לבקר את השימוש בטכנולוגיות החדשות לרעה, הדבר החשוב הוא לא לתת לפוליטיקאים שום כוח בעניין הזה.