מדעי ההנדסה והמכונה המשוכללת ביותר – גוף האדם

מעניין לראות עד כמה מדעי ההנדסה באים לידי ביטוי ומשתלבים באופן פלאי במכונה המשוכללת ביותר עלי אדמות, פאר היצירה- גוף האדם.

במאמר זה אביא מספר מחקרים הנערכים במכון הטכנולוגי HIT.

אציין כי המאמר אינו מתיימר להיות מאמר אקדמי אלא בא להאיר את ענינו במשהו מהמחקר המופלא שמתקיים בארצנו, וזאת בשפה פשוטה המתאימה להדיוטות שכמותי וכמו שכתב אלברט איינשטיין: " אפשר לתאר הכול בצורה מדעית, אבל אין בכך הגיון – יהיה זה חסר משמעות, כמו לתאר סימפוניה של בטהובן כשינויים בלחץ האוויר".

מחקר בנושא נוירו פרוטזות ממשקי מוח – מכונה

בעלי מוגבלויות פיסיות נתקלים בחיי היומיום בבעיות תפקודיות בסיסיות ביותר. כאן מגיע תפקידו של המדע לסייע להתמודד עם אותם קשיים ולהתאים פרוטזות עצביות שיסייעו להם בתפקוד היומיומי ויאפשרו להם להשתמש בחושים הכה טריוויאליים, כגון שמיעה או ראייה.

יש שלל דוגמאות לפרוטזות עצביות – אציין כאן מספר קטן מהן:

שתל שבלול לאוזן המאפשר לאנשים הסובלים מחרשות הנובעת מפגם עצבי את היכולת לשמוע.

לאנשים עיוורים כתוצאה מהתנוונות הרשתית ניתן להשתיל חיישן מצלמה על משקפיים ולשדר את המידע הוויזואלי לאלקטרודה המגרה את עצב הראייה וכך העיוור רואה את התמונה המשודרת לו באמצעות אותו חיישן ולמעשה מתפקד במקום הרשתית המנוונת.

אנשים הסובלים משבץ מוחי או טרשת נפוצה ומתעוררות אצלם בעיות שליטה בשלפוחית השתן, מה שנקרא בעגה המקצועית "שלפוחית רופסת" – השריר שאמור לכווץ את השלפוחית על מנת לרוקנה אינו מתפקד כראוי, זאת משום שהאות המגיע מהמוח מגיע באופן חלקי או שכלל אינו קיים. באמצעות חיישנים (אלקטרודות) המוצמדים לדופן השלפוחית ומזהים מתי היא מתמלאת, ניתן גירוי חשמלי לשריר דופן השלפוחית על מנת לכווצה.

תחום ממשק – מכונה הינו במידה מסוימת תת תחום של נוירו-פרוטזות

אחד הכיוונים המבטיחים בתחום הינו באמצעות שימוש בגלי EEG – "רשמת מוח חשמלית". הפעילות העצבית המוחית של הנבדק נמדדת באמצעות קסדת EEG המכילה מספר רב (64) של אלקטרודות בזמן שהנבדק מדמיין שהוא מזיז את ידו הדומיננטית לכיוון אחת ממספר מטרות המוצבות בחדר. על ידי שימוש בטכניקות עיבוד אותות מתקדמות ולמידת מכונה מחפשים מתאם (קורלציה) בין הפעילות העצבית למיקום היד המדומיינת. בשלב הבא, הנבדק מדמיין תנועה למטרה כלשהיא, לא ידועה, אותות ה EEG מפוענחים ומזינים אותות בקרה להפעלת זרוע רובוטית.

הנושא מאתגר מאוד לאור העובדה שאות ה-EEG  אינו פולשני – אלקטרודות מונחות על קרקפת הנבדק (אין חדירה פולשנית למח עצמו). לפיכך, נרשמים רעשי רקע רבים שאותם יש לנטרל, כגון: רעשים מרשת החשמל, גלי רדיו, רעשים פיזיולוגיים כמו ECG, ,נשימה, עפעוף עיניים, נקישות שיניים, התייבשות הג'ל המוליך על האלקטרודות ועוד.

אחד החסרונות הנוספים הוא שעוצמת האות נמוכה עקב המרחק הרב בין החיישן (האלקטרודה) לתאי המוח (עור, שריר, שיער).

המחקר, מעבר לעניין המדעי הרב הגלום בו ,הינו בעל פוטנציאל מסחרי רב – ניתן להשתמש בטכנולוגיה ליצירת משחקים באמצעות המחשבה וחברות גדולות ומוכרות משקיעות משאבים רבים בנושא.

ההסבר הפשוט לתחום מחקר זה הוא הלכה למעשה, לאפשר לבני אדם משותקים, לשלוט בעזרת המחשבה בהתקנים חיצוניים, לדוגמא זרועות רובוטיות.

נשמע עתידני משהו אבל קורם עור וגידים.

אבחון אוטיזם בתינוקות – תחום חדשני יחסית ומאתגר במיוחד (נעשה בשיתוף עם אוניברסיטת בן- גוריון)

ידוע כי אוטיזם מאובחן בגיל מאוחר יחסית בילדים, גילאי 3-4 על בסיס התנהגותי.

מדוע חשוב כל כך לאבחן אוטיזם בשלב מוקדם, שהרי עדיין אין תרופה לזה?

ככל שנקדים לזהות אוטיזם, כך תוכל מערכת התמיכה הכוללת להיות ערוכה באופן מיטבי לסייע ולתמוך בילדים הסובלים מאוטיזם.

המחקר החדש מנסה לפתח מערכת לגילוי אוטיזם באמצעות ניתוח קולות ווקאליים ולבדוק האם באמצעות אותו ניתוח ניתן לאבחן אוטיזם?

אמנם המחקר נמצא בשלביו הראשונים אך הוא מתפתח וצובר תאוצה.

את המחקר מבצעים על עכברים. הוכח כי עכברים מתקשרים ביניהם באותות דיבור אולטרה- סונרים בעלי אפיונים הדומים לאותות דיבור של בני אדם.

לוקחים שתי קבוצות של עכברים מזנים שונים, לקבוצה אחת מזריקים אנזים הגורם לתופעות אוטיזם ולשנייה לא מזריקים דבר.

השלב הבא הוא הקלטת עשרות אותות "דיבור" של העכברים ובאמצעות אלגוריתמיקה מתקדמת, ניתוח ואפיון האותות.

מטרת המחקר היא לפתח אלגוריתם שידע באופן אוטומטי לעבד את אותות הדיבור ולנתח את ההבדלים הסטטיסטיים בין שתי קבוצות העכברים.

ואכן, ניכרים הבדלים בין קבוצות העכברים, בין היתר בתדירות הדיבור. מה שמעיד ככל הנראה כי ניתן לזהות אוטיזם כבר בשלב מוקדם באמצעות עיבוד אותות של קול.

תוצאות המחקר הראשוניות הן מבטיחות מאד אולם הדרך עד למחקר בתינוקות עדיין ארוכה.

במקביל למחקר זה עובדת קבוצת מחקר נוספת האמונה על איסוף נתונים מתינוקות, איתה עובדים בשיתוף פעולה מתמיד והתקווה היא אכן שבעתיד הנראה לעין יהיה ניתן כבר לחקור על תינוקות.

גילוי מוקדם של סרטן השד בקרב נשים צעירות

"אחת מתשע", נתון מטריד לכל הדעות והוכח כי גילוי מוקדם מונע תמותה ונשים אף מגיעות לכדי החלמה מלאה.

היום, במאה ה-21 המודעות לסרטן השד הולכת וגדלה כמו גם המחקר בנושא זה המתמקד באספקטים שונים שלו. במאמר זה אתמקד בתחום המחקר המבוצע בקרב חוקרינו ב-HIT – גילוי מוקדם של סרטן השד בקרב נשים צעירות.

המחקר המדובר מתמקד בנשים צעירות, עד גיל 50 מהסיבה שהגילוי אצל אותן נשים הינו מורכב יותר, היות וצפיפות השד גדולה יותר ומקשה על אבחון חד משמעי.

כיום, בדיקת הממוגרפיה הינה הכלי המרכזי הבודק הימצאות של סרטן השד, שהיא למעשה צילום רנטגן שנעשה משתי זוויות על כל שד. הצילום משקף את מרקם השד ואת הגידול, במידה שאכן קיים.

מאפיין נוסף להיתכנות גידול בשד הוא א-סימטריה דו צידית. במידה שמתגלה א- סימטריה ברמה גבוהה יותר מהממוצע זה יכול להצביע על הימצאות גידול.

מטרת המחקר היא להגיע למערכת אבחון ממוחשבת שתפענח את הממוגרפיה, בנוסף לפיענוח של הרדיולוגים (רופאים שהתמחותם היא הדמיה רפואית) על מנת להגיע לפיענוח מיטבי, שכן קורה לעיתים שהרדיולוגים שוגים בפיענוח מפאת מורכבותו וישנם לא מעט גילויי שווא.

מערכת זו מתבססת על אלגוריתם שממומש באמצעות תוכנה המעבירה קלט של הממוגרפיה. הקלט עובר מיפוי ואלגוריתם מנסה לזהות אם יש גידול ואת מיקומו.

בפיתוח האלגוריתם המתמטי יש להתמקד לא רק בראייה הנדסית, אלא חשוב להסתמך גם על תובנות רפואיות ולכן הפיתוח נעשה בשיתוף מלא עם רדיולוגים.

בשנה האחרונה המחקר התקדם עוד מספר צעדים קדימה ונושא ה-"למידה העמוקה" Deep-  Learning נכנס לתמונה. למידה עמוקה משמעה הכנסה של "בינה מלאכותית" לתחום הרפואה בכלל ולממוגרפיה בפרט. האלגוריתם מבסס את "הלמידה" שלו את התופעות הפיזיולוגיות על בסיסי נתונים גדולים ככל האפשר המתקבלים ממוסדות הרפואה השונים- זוהי הבינה המלאכותית.

לצערנו המידע המסופק ממוסדות אלו הוא קטן ביותר ועל כן מפתחים אלגוריתמיקה ייעודית שמטרתה להעשיר את בסיס הנתונים הקיימים על ידי ניצול הבינה המלאכותית.

במקום שמהנדס יתכנן את האלגוריתם לפרטי פרטים, מגדירים אותו בצורה כללית, באמצעות סט גדול של פרמטרים והמערכת "לומדת" בצורה חכמה את הפרמטרים האופטימליים.

כל זאת מסייע לרדיולוגים לפענח את תוצאות הממוגרפיה שלא אחת הן לא חד משמעיות.

הנאמר פה מעורר תקווה כי קרב היום בו ניתן יהיה לקבוע בוודאות של כמעט 100% הימצאות גידול סרטני בשד גם באמצעות בדיקה פשוטה לכאורה, ממוגרפיה. דרך הפיענוח תהייה הרבה יותר מדוייקת וחד משמעית.

אני מבקשת להודות לחברי החוקרים ,ד"ר רונן שושניק וד"ר דרור לדרמן מהמכון הטכנולוגי חולון HIT על סבלנותם הבלתי נגמרת, שסייעו רבות בכתבה זו.

נפגש בכתבה הבאה עם מחקרים נוספים.

ובנימה קצת אישית, ישראל, מדינה קטנה יחסית, זוכה לעדנה בתקופה האחרונה. מדינות רואות בנו מודל לחיקוי. מעם הנלחם על הישרדותו הפכנו לאומה מובילה בתחומים רבים, כגון היי-טק, כלכלה, טכנולוגיה וכאמור רפואה וכן כן אפילו ביין אנחנו מהמובילים- עלינו לשאת ענינו בגאווה ובגאון קדימה, אנחנו ראויים לכך!