זה הפך לאחד התחומים החביבים על המיליארדרים: מה באמת קורה כשמשתילים שבב במוח?

כשאן ג'ונסון, אישה המתגוררת בקליפורניה, לקתה בשבץ, נפגעה יכולתה להפעיל את שרירי הגוף, וכיום היא יכולה רק לעשות תנועות קטנות בפניה. אבל בעזרת שבב קטן שהושתל במוחה ומחובר בכבל למחשב, היא יכולה לתמלל את מחשבותיה. חוקרים מצליחים לפענח מתוך מוחה את הניסיונות שלה להפעיל את שרירי הדיבור.

עוד לפני השתלת השבב, ג'ונסון תקשרה עם העולם בעזרת מכשיר הקורא את התנועות המינימליות שהיא יכולה לבצע. היא הצליחה כך "לכתוב" כ־14 מילים בדקה. עכשיו, עם השבב המוחי, היא מגיעה ל־78 מילים בדקה, קרוב יותר ל־160 מילים שמפיק אדם בריא בשיחה. האם שיפור כזה מצדיק השתלה של שבב במוח?

ג'ונסון היא אחת מכמה עשרות אנשים שהושתלו בהם שבבי "ממשק מוח-מחשב" על ידי חוקרים במעבדות וחברות מסחריות. בשבוע שעבר, התבשרנו שגם חברת נוירלינק (Neuralink), שאילון מאסק מושקע בה, השתילה שבב במוח של מטופל ראשון. בעקבות האירוע הזה, צייץ מאסק את חזון אחרית הימים הסינגולרית שלו, לאיחוד בין האדם למכונה.

על פי חזונו, נוכל להפעיל את הטלפון הסלולרי מהמוח, ומחשבים יוכלו לקרוא את מחשבותינו, וגם לכתוב לנו מחשבות חדשות היישר לתוך המוח, כך שנוכל לדוגמה ללמוד ללא מאמץ, לשנות מצב רוח ללא תרופות ולהתמודד עם זיכרונות כואבים. ביצירות מדע בדיוני כמו "מראה שחורה", שבבים כאלה מציגים לנו היישר למוח מציאות חלופית שאיננו מזהים ככזו, ובעצם מקפיצים אותנו לעולם חלופי.

מאסק סיפר בעבר שמילדות ניהל יחסי חרדה־הערצה עם מכונות העתיד. הוא בטוח שהמכונות יהפכו בקרוב לחכמות יותר מבני האדם, ואם אין לנו סיכוי לנצח אותן, עלינו לחבור אליהן ולנצל את יכולותיהן כדי שלא יכניעו אותנו. זו לא התוויה שאפשר להציג לאישור FDA, ולכן בשלב הראשון נוירלינק תטפל במגבלות תנועה של אנשים עם שיתוק.

"כבר בשנת 2000, אני זוכר שראיתי סרטון שבו מוצג קוף שמצליח להזיז באמצעות כוח המחשבה נקודה במרחב התלת־ממדי, כאילו יש לו ג'ויסטיק", אומר פרופ' אורן שריקי, מהמחלקה למדעי הקוגניציה והמוח באוניברסיטת בן גוריון ומייסד NeuroHelp, המפתחת מערכת לבישה המנתחת את הדינמיקה המוחית ומשתמשת בכלי בינה מלאכותית כדי לזהות ולחזות מראש התקפי אפילפסיה.

כלומר, התחום ממש אינו חדש, אך מהם האתגרים שמנעו מהשבבים המוחיים להשתלב בחיינו ולהפוך למוצרים מסחריים עד היום? האם ההתפתחויות הטכנולוגיות בשנים האחרונות וכניסתם לשוק של גורמים כמו נוירלינק משמעותן שאנחנו אכן עוד רגע שם?

השבב הוא בכלל לא הסיפור

בני אדם חושבים במילים, תמונות ורגשות. המוח חושב באותות חשמליים. מחשבים "חושבים" בביטים. התרגום ביניהם הוא האתגר הגדול. "מהי אהבה?" מדגים פרופ' אילון ועדיה, חוקר מוח מהאוניברסיטה העברית, שעוסק בשבבים מושתלים ובתקשורת לא פולשנית עם המוח. "מוזר לחשוב עליה רק כפעילות חשמלית במוח שגודלו קטן מזה של כדורגל, אבל זה נשמע הרבה יותר הגיוני כשמבינים שהמורכבות בתוך הכדור הזה, המוח, היא כמעט זהה למורכבות של כל היקום. בכל חלקיק בגודל של ראש סיכה במוח יש מאות אלפי תאים ובכל מחשבה מעורבים בו זמנית מיליוני תאים. בכל הסיפור הזה של 'אילון מאסק הצליח להשתיל שבב', לא השבב עצמו הוא לב העניין. הסיפור הוא איך מתרגמים את הכוונה של הפולסים החשמליים במוח, כך שתצא לפועל במחשב".

אז איך באמת עושים את זה? ד"ר לימור פרייפלד, מרצה בכירה בפקולטה להנדסה ביו-רפואית בטכניון, שמפתחת שיטות חדשות למיפוי וניטור פעילות במוח, מסבירה: "כאשר אנחנו תוקעים אלקטרודה בתוך נוירון (תא עצב), אנחנו יכולים לקרוא פולס שעובר בתוך אותו נוירון אחד, וזה כמעט לא נותן לנו כלום. עם השנים התפתחה היכולת לקלוט מידע ממאות נוירונים במקביל, אבל הסיגנל הזה חלש, ואנחנו לא תמיד יודעים איזה מידע הגיע מאיזה נוירון.

"עם הזמן, אנחנו יכולים ללמוד את ה'חתימה' של כל נוירון באותה אלקטרודה, למשל המרחק והכיוון מהאלקטרודה, ואז אנחנו יכולים לבנות מפה של כמה מאות נוירונים ולדעת מה כל אחד מהם עושה. לפעמים לשני נוירונים יש חתימות שנראות דומות, אבל אם נניח זו ליד זו שתי אלקטרודות, או מאה, כל אחת מהן תקלוט את מפת חתימות הנוירונים קצת אחרת, ויהיה קל יותר לזהות את המידע מכל נוירון. בשבב של נוירלינק, למשל, אלפי אלקטרודות מקליטות מאלפי נוירונים או אולי עשרות אלפים. אחת ההתקדמויות בתחום הייתה ליצור רכיבים יותר ויותר קטנים, שמאפשרים המון אתרי הקלטה בשבב קטן אחד".

אוקיי, אז יש לנו מפה של אותות חשמליים. איך בכלל יודעים מה זה אומר?
פרייפלד: "נניח שהנחנו את האלקטרודה באזור הראייה במוח, אנחנו יכולים לראות שנוירון מסוים יורה כשהעין רואה קו אופקי, ואחר יורה כשהקו אנכי. כך גם לגבי תנועה. יש לנו נוירון שיורה כשאנחנו רוצים להזיז את היד ימינה ואחר כשרוצים להזיז אותה שמאלה. מעתה, נוכל לדעת שכשהנוירון הזה יורה, כנראה המוח רוצה להזיז את היד ימינה".

 ד''ר לימור פרייפלד / צילום: תמונה פרטית

לדברי פרייפלד, "בשנים האחרונות ישנו מעבר ללמידת דפוסים, שבה אנחנו לא מנסים לקרוא כל נוירון, אלא לומר, אם כל מאה הנוירונים יחד פעלו בצורה כך וכך, אז זה מה שהמוח רצה. עבור המדע הבסיסי חשוב למפות את הנוירון היחיד. אולי עבור מוצר מסחרי - לא. והקפיצה ביכולות החישוביות והבינה המלאכותית פתחו דלתות למוצרים מהסוג הזה".

המיפוי ייחודי לכל נבדק?
"אפשר לקצר את תהליך הלמידה באמצעות ידע כללי על המוח האנושי, אבל אין כיום תחליף למיפוי של כל נבדק בנפרד".

אחד האתגרים בהתאמה של שבב לאדם משותק הוא השאלה איך מאמנים את המערכת. הקופים שצולמו לסרטונים המרשימים קודם כול הזיזו את הג'ויסטיק בעצמם, החוקרים למדו את דפוסי המוח של כל תזוזה ואז הצליחו לתרגם ישירות מדפוס המוח לתזוזה. המטופל המשותק לא יכול לבצע את שלב הנחיית המכונה, ובבני אדם בריאים לא מושתלים שבבים.

המוח מתאים את עצמו למוצר

פרופ' רונן שגב, מהמחלקה למדעי החיים באוניברסיטת בן גוריון בנגב, מצביע על תופעה שעשויה לעזור בתכנון שבבי העתיד. "עם הזמן, גם המוח מתחיל להתאים את עצמו לשבב. כלומר, אם אדם יודע שהוא חושב בצורה מסוימת והשבב הבין מזה שהוא אמר 'זוז ימינה', אז בפעם הבאה הוא ינסה לשחזר את דפוס החשיבה הזה כדי לזוז ימינה. המוח עושה את זה אוטומטית. כך, לא רק האלגוריתם שלנו עובר תהליך למידה, אלא גם המוח עצמו, וזה מקל מאוד בתכנון השבבים הללו".

זה עיקרון דומה לזה של ביופידבק. לפעמים כשנותנים לנו פידבק על מה שהמוח שלנו עשה, לדוגמה שנרגענו, אז נוכל לשחזר את דפוס המוח הזה גם אם אנחנו לא בטוחים איך יצרנו אותו. כך גם במקרה של שבב במוח - אם במקרה גרמנו למחשב להבין שרצינו לזוז ימינה, נוכל לשחזר אותו דפוס בהמשך.

"אחד הקולגות שלי, קרישנה שנוי ז"ל, מאוניברסיטת סטנפורד, עלה על רעיון מעניין בהקשר הזה", מספר ועדיה. "הוא אמר, 'בואו במקום לנסות לומר לאדם להזיז יד רובוטית ימינה ושמאלה, וכך לכתוב את האות A, נגיד לו לדמיין שהוא כותב ביד את האות הזאת'. אחר כך נתנו לו לדמיין שהוא כותב כמה אותיות ביחד, ואחר כך מילים ומשפטים. הגישה הזו הצליחה".

מבחינה פילוסופית, זה כבר קרוב יותר לקריאת מחשבות.
ועדיה: "אבל עדיין האדם צריך לדמיין אקטיבית שהוא כותב, ובמאמץ ניכר, כך שאין סיכוי שיקראו לו מחשבות שהוא לא רוצה שנדע שהוא חושב. בינתיים".

פרייפלד: "לא נראה שבטווח הנראה לעין מישהו יקרא את המחשבות והחלומות שלנו, שלא לדבר על לכתוב לנו מחשבות בתוך המוח. כדי שאוכל לקרוא את כל המוח, אני צריכה קודם כל ללמוד את כולו, ולזה אין לי כרגע גישה".

לצד האתגרים הפילוסופיים של תרגום שפה, יש לשבבים גם אתגרים פרקטיים מאוד. שגב מציין שאם האלקטרודה זזה - וזה צפוי לקרות כי המוח הוא איבר חי וזז - הרי שצריך לבצע את כל תהליך המיפוי מחדש. "אני באמת לא יודע מה קרה בסוף עם אותם אנשים שנראו מתקשרים בסרטוני ההדגמה", אומר שגב. "האם הם המשיכו לעשות זאת לאורך זמן?".

ואיך מונעים שהשבב לא יבשל לנו את המוח? העתיד הוא כנראה במוצרים אלחוטיים, כמו זה שהשתילה נוירלינק. אבל האלחוטיות מגיעה עם אתגרים משלה.

"אין היום שתל שניתן להכניס לראש של אדם לכל חייו", מבהיר ועדיה. וגם אם נשתיל שבב לכל החיים, הרי שהטכנולוגיה שמחוץ למוח משתנה ומתפתחת. האם נצטרך לעבור ניתוח מוח להחליף שבב כל שלוש שנים, הקצב שבו אנחנו נוטים להחליף את הסלולרים שלנו?

איך פותרת נוירלינק את הבעיות הללו? אנחנו לא לגמרי יודעים. לדברי שגב, זו חברה דומה בגישתה לחברות תוכנה יותר מאשר לחברות מבוססות מדע מבחינת השקיפות. כרגע העולם אינו יודע מה פרוטוקול הניסוי הקליני שהחברה כבר מגייסת אליו נבדקים, ומה יהיו יעדיו.

"יש להם הרבה כסף, הם לא צריכים להוכיח את עצמם ויש בזה משהו לא טוב. היו להם יחסי ציבור גרועים בכל הקשור לניסויים שהם ערכו בבעלי חיים. עם זאת, חייבים להניח שהם השתפרו מאז, כי אחרת מנהל המזון והתרופות בארה"ב (FDA) לא היה מאפשר להם לעשות את הניסוי".

BlackRock Neurotech

החלה ב-2004 לפתח במעבדה שבב ועד היום הוא הושתל במוחם של 30 איש לפחות במסגרת ניסויי החברה. ב-2021 היא הודיעה שתצא לשוק ב-2022 אבל זה עדיין לא קרה ואין תאריך יעד חדש ליציאה לשוק.

לפי דיווחי החברה, כמה חולי ALS שאינם מצליחים להזיז ולו שריר אחד הצליחו לתקשר באמצעות המוצר, ואנשים עם שיתוק הצליחו להזיז זרוע רובוטית ואת כסאות הגלגלים שלהם, וגם ליצור אמנות על גבי מחשב.

 פיטר ת'יל, יו''ר פלנטיר / צילום: ap, Ben Margot

משקיע בולט: המיליארדר פיטר ת'יל

Synchron

מפתחת מוצר שהוא דרך ביניים בין שתל מוחי להתקן חיצוני. המוצר נראה כמו סטנט ומוחדר לכלי דם קטנים במוח בהליך צנתור. כך אפשר להתקרב לתאי העצב בלי לגעת במוח עצמו. "בהדרגה הרקמה מכסה את המוצר ומונעת ממנו לזוז, וזה יתרון אבל גם חיסרון כי הטיפול בלתי הפיך", אומר פרופ' אורן שריקי.

המוצר הושתל עד היום בכעשרה אנשים, והראה כיצד אדם משותק יכול לכתוב ציוץ בטוויטר בכוח המחשבה.

 ביל גייטס וג'ף בזוס / צילומים: AP, עיבוד: טלי בוגדנובסקי

משקיעים בולטים: ג'ף בזוס וביל גייטס

Neuralink

מפתחת שבב המתקשר עם מחשב, ובשלב ראשון הוא מיועד לטפל במגבלות תנועה של אנשים עם שיתוק. לפני כשבוע הודיעה החברה שביצעה לראשונה השתלה מוצלחת של השבב במוח של אדם, אבל פרוטוקול הניסוי שלה לא חשוף לציבור.

לפי פרסומי החברה, המוצר כולל יותר אלקטרודות ואתרי הקלטה של נוירונים מזה של בלקרוק, והוא אלחוטי לגמרי.

 המיליארדר אילון מאסק / צילום: ap, Hannibal Hanschke

משקיע בולט: אילון מאסק

קראו עוד

החברה הישראלית שעוררה עניין ונסגרה

לנוירלינק שתי מתחרות המוזכרות לעיתים תדירות, BlackRock Neurotech ו־Synchron, אבל לצדן פועלות מעבדות אקדמיות מובילות שמגיעות לתוצאות מעניינות לא פחות.

בישראל, אחת המעבדות המובילות בתחום של ממשק מוח-מחשב היא זו של פרופ' יעל חנין מבית הספר להנדסת חשמל באוניברסיטת תל אביב. המעבדה הזאת עוררה עניין רב לפני כעשור, עם פיתוח השתל הראשון שהיה אמור לפענח את הסביבה הנראית ולשדר את התמונה ישירות למוח. בנושא הזה יש לחנין חדשות מאכזבות. החברה שהוקמה על בסיס פיתוחיה, ננורטינה, וחברות אחרות בתחום נסגרו בגלל תוצאות מאכזבות שהתנגשו בעלויות הפיתוח העצומות.

 פרופ' יעל חנין / צילום: תמונה פרטית

לדברי חנין, "ישנם כמה מכשולים המאתגרים את כל הפרויקטים בתחום: העלויות, חוסר היציבות בפעילות השתל בגוף והקושי לבצע אופטימיזציה של השתל בשלב הניסויים בבני אדם. קשה לנו לאפיין מה המטופל רואה מלבד הדיווח שלו, שהוא מאוד סובייקטיבי".

אבל חנין עדיין לא התייאשה מממשקי אדם־מחשב. "אנחנו ממשיכים לעבוד בתחום המרתק הזה, עם טכנולוגיה לבישה שפיתחנו שמאפשרת ניטור לא פולשני של פעילות המוח", היא אומרת. במעבדה, היא עובדת על טכנולוגיה לא־פולשנית נוספת שיכולה לייצר פעילת עצבית במוח, ודרכה היא מקווה יום אחד לחזור להתמודד עם האתגר של יצירת תמונות במוחם של עיוורים.

במקביל, קמו פתרונות מעניינים אחרים לעיוורים, כאלה המתרגמים את התמונה הנראית עבור המוח לחושים אחרים, והמוח - במפתיע - לומד בהדרגה לתרגם דפוס קולי או מפת מגע המייצגים את שדה הראייה, לפעילות באזור הראיה של המוח ממש. חברת אורקם המסחרית והמעבדה של פרופ' אמיר עמדי באוניברסיטת רייכמן הם נציגים ישראלים שעומדים בחזית התחום הזה.

מי צריך שבב כשיש מקלדת ומיקרופון

כשבוחנים את מגוון המוצרים המיועדים להיות מסחריים, שאלה משמעותית ועצובה היא מי יהיה מוכן לשלם עבור הטכנולוגיה הזאת. היום ההשקעה במוצרים שנועדו לספק איכות חיים למשותקים היא נמוכה יחסית. אם המוצר לא מאריך חיים, מונע הידרדרות או חוסך כוח אדם סיעודי, קשה להשיג לו שיפוי ביטוחי. "כרגע זה נראה כמוצר למאוד מסכנים ומאוד עשירים", אומר שגב, ואז באמת נשאלת השאלה - האם זה חשוב יותר מקלינאית תקשורת לעשרה ילדים קטנים?".

פרייפלד אופטימית יותר. "אנחנו רואים בין היתר אצל אנשים כמו מאסק רצון להשקיע במוח של משותקים כדי להצדיק למידה על תחומים אחרים, וההתפתחות בתחומים אחרים גם עוזרת למשותקים. המדענים בתחום נלהבים מהמידע שיכול להגיע גם מהשבבים המסחריים, וישפר את המדע שלנו. בעיקר צריך סבלנות. כן, נוירלינק עכשיו השתילה שבב, אבל צריך לתת לעניין כמה שנים לפחות כדי לראות שהמוצר מצד אחד לא יוצר נזק ומצד שני שומר על אפקטיביות לאורך זמן".

על דבר אחד כולם מסכימים: לאדם בריא אין שום צורך בתקשורת עם מחשב באמצעות המוח, בטח לא אם כרוך בזה ניתוח פולשני. "גם מקלדת או מיקרופון הם ממשק אדם־מכונה, והם עובדים מצוין", מסכם שגב.