הסרט "44 שעות" (תסריט ובימוי: רותם גרוס) מספר את סיפורו של גיל אבני, שמצא עצמו מאושפז עם בצקת מוחית ביחידה לטיפול נמרץ כאשר רופאים נלחמים על חייו. למרות שהיה אמור להיות ללא הכרה, גיל שמע והבין מה קורה סביבו. האם ניתן היה לדעת כי גיל נמצא בהכרה מלאה באמצעות ניטור הפעילות המוחית שלו וניתוח הדינמיקה שלה? זאת ועוד - אנשים עם אפילפסיה נמצאים באי-וודאות מתמדת לגבי מועד ההתקף הבא ובאיזה תנאים הוא יתפוס אותם. האם ניתן לחזות התקפים כאלה מראש ולעזור להם לתכנן את הפעילויות שלהם?
מקרים מסוג זה, הדורשים פיתוח טכנולוגיה מתאימה, נמצאים בליבת המחקר והעשייה במעבדה שלי.
ממשקי מוח-מחשב
כמה מילות הקדמה. אחד התחומים המרתקים שצמחו בארץ ובעולם בשנים האחרונות הוא התחום של טכנולוגיות מוחיות. חברות נוירוטכנולוגיה עוסקות במגוון רחב של תחומים, החל מאבחון תופעות נוירולוגיות באמצעות ניטור פעילות מוחית, דרך שיטות טיפול (למשל, באמצעות גרייה חשמלית או מגנטית של המוח) וכלה בטכנולוגיות לניטור ושיפור הבריאות המוחית של כל אחד מאיתנו. אחד הנושאים שתפס כותרות רבות הוא ממשקי מוח-מחשב, אשר מאפשרים תקשורת ישירה בין המוח לבין מחשבים ומערכות רובוטיות. ממשקים אלה מנטרים בזמן אמת את הפעילות המוחית, מפענחים אותה בדרכים שונות ומתרגמים זאת לפקודות או לאיפיון של הדינמיקה המוחית ושל מצבים קוגניטיביים.
כלי מרכזי בעולם הנוירוטכנולוגיה הוא מערכות (EEG (ElectroEncephaloGraphy, אשר רושמות באמצעות אלקטרודות על הקרקפת את הפעילות החשמלית של המוח. בגלל אופיין הלא פולשני ועלותן הלא גבוהה באופן יחסי, מערכות אלו מאפשרות מגוון רחב של יישומים. בשנים האחרונות, חלו פריצות דרך משמעותיות ופותחו מערכות לבישות וקומפקטיות, אשר מאפשרות מדידת פעילות מוחית מחוץ למעבדה בתנאים יום-יומיים. בפרט, מערכות אלו מצוידות באלקטרודות יבשות, ובניגוד למערכות מחקריות וקליניות מסורתיות, אינן דורשות שימוש בג'ל מוליך. קיימות בארץ כמה חברות המפתחות מערכות EEG לבישות לשימושים מגוונים. במעבדת המחקר שלי, אנו עוסקים בניתוח פעילות מוחית באמצעות מערכות EEG במטרה להביא זאת לעולם היישומי.
לאפשר לסטודנטים התנסות ישירה
אחד המחקרים במעבדתי מתמקד בפיתוח טכנולוגיה מבוססת EEG לניטור רמת הכרה בעת ניתוחים בהרדמה מלאה. בניתוחים אלה, בנוסף לחומרי ההרדמה, נעשה שימוש בחומרים משתקים. ישנם מצבים בהם ההרדמה אינה אפקטיבית והמנותחים נאלצים לחוות את הניתוח ללא יכולת להודיע על מצבם לצוות הרפואי. טכנולוגיות לניטור רמת הכרה עשויות למנוע מצבים כגון אלה וכגון מה שעבר גיל אבני.
באוניברסיטת בן-גוריון בנגב אנו שמים דגש מיוחד על התחום של נוירוטכנולוגיה ומאפשרים לסטודנטים להתנסות בו משלב מוקדם. לפני כחמש שנים, הקמנו את קהילת בריינסטורם, קהילת סטודנטים רב-תחומית סביב נוירוטכנולוגיה, אשר מקיימת מגוון פעילויות לאורך השנה, כגון הרצאות ערב במגוון נושאים והאקתון טכנולוגיות מוחיות. בזכות פעילותם של הסטודנטים שהובילו את המיזם, הפכה בריינסטורם לקהילה ארצית פעילה עם סניפים במרבית המוסדות האקדמיים בארץ. ההקאתון, המכונה BrainGurion, הפך למסורת ומביא מדי שנה צוותי סטודנטים מכל רחבי הארץ לבאר שבע. השנה קיימנו את ההקאתון הרביעי במספר.
לפני כשנתיים, הקמנו באמצעות תרומה נדיבה את חלל היזמות לנוירוטכנולוגיה ע"ש גורדון ש. כהן. החלל כולל מערכות EEG לבישות למדידת פעילות מוחית, משקפי מציאות מדומה, מגוון חיישנים פיזיולוגיים, ציוד אלקטרוניקה, רובוטים, מדפסות תלת-ממד ועוד. הסטודנטים יכולים להתנסות בטכנולוגיות השונות באמצעות מגוון סדנאות ולפתח בעצמם טכנולוגיות מוחיות - משלב הרעיון עד לדגם הוכחת היתכנות שניתן להציג למשקיעים פוטנציאליים.
כדי לאפשר לסטודנטים מרקעים שונים להיחשף לתחום של טכנולוגיות מוחיות דרך התנסות ישירה, מוצעים קורסים אחדים, כגון קורס שנתי המתמקד בבניית ממשקי מוח-מחשב לבעלי מוגבלויות, בפרט לאנשים עם מחלת ניוון השרירים ALS. במסגרת הקורס, סטודנטים ממחלקות שונות, הן מתחומי חקר המוח והן מתחומי ההנדסה ומדעי המחשב, לומדים על העקרונות של ממשקי מוח-מחשב ומשלב מוקדם מקושרים לאנשים עם ALS, מאפיינים את צרכיהם ובונים להם ממשקי מוח-מחשב מותאמים אישית.
בנוסף, בנינו קורס קיץ אינטנסיבי בן שבועיים שמתקיים בשיתוף אוניברסיטת בראון מארה"ב. בקיץ האחרון, התקיים הקורס בחלל היזמות לנוירוטכנולוגיה באוניברסיטה, וכלל הרצאות, סדנאות ובעיקר עבודה התנסותית בצוותים על פיתוח אב-טיפוס מדגים של מוצר. בסוף הקורס הציגו הצוותים את התוצרים שלהם בפני קהל של אנשי אקדמיה, יזמים ומשקיעים וזכו להערכה רבה.
חיזוי מראש של התקפים אפילפטיים
כמו בתחומים אחרים, גם בתחום הנוירוטכנולוגיה האתגר המרכזי הוא לקחת מחקר אקדמי בסיסי ולהפוך אותו לטכנולוגיה יישומית. לפני כשלוש שנים, הקמתי יחד עם שותפים את חברת ניורוהלפ (NeuroHelp), אשר מבוססת על מחקר במעבדתי. החברה מפתחת מערכת EEG לבישה לזיהוי וחיזוי מראש של התקפים אפילפטיים. אנשי צוות המחקר והפיתוח של החברה מביאים איתם רקע משולב בתחום חקר המוח ובתחומים של למידת מכונה ולמידה עמוקה. בעזרת נתוני פעילות מוחית מאנשים שחיים עם אפילפסיה, בנינו אלגוריתמים, שמסוגלים בזמן אמת לזהות התקף אפילפטי וכן לחזות התקפים שעומדים להתרחש, זאת במטרה לשפר את הבטיחות ואף למנוע מראש התקפים על ידי טיפול מקדים.
מחקר ופיתוח משמעותיים הוקדשו כדי לשלב מגוון רחב של מדדי דינמיקה מוחית וכלי בינה מלאכותית, ולהביא את האלגוריתמים לרגישות גבוהה יחד עם מספר נמוך מאד של התראות שווא. אחד האתגרים המרכזיים הוא האיזון בין הדיוק הגבוה הנדרש מהאלגוריתמים לבין העיצוב של המערכת. כמות גבוהה יותר של אלקטרודות תשפר את הדיוק אך תסרבל את העיצוב. לצורך כך, ביצענו מחקר שיטתי כדי לאפיין את מספר האלקטרודות האופטימלי ואת המיקומים שלהם כך שהמערכת תהיה נוחה לשימוש וקלה לתפעול, אך עם זאת מדויקת מאד. על בסיס מחקר זה, פיתחנו מערכת EEG ייחודית ונוחה לשימוש ובחודשים הקרובים נשלים את המוצר הראשון של החברה, המשלב חומרה ותוכנה, לקראת ניסויים קליניים. הפלטפורמה שבנינו מאפשרת כניסה למגוון תחומים נוספים ובפרט לנושא של אבחון נוירולוגי מרחוק באמצעות מערכות ביתיות.
השילוב של מחקר אקדמי יחד עם עולם היזמות אינו פשוט. מעבר לניהול התובעני של מעבדת מחקר אקדמית, הכולל השגת תקציבי מחקר, הנחיית סטודנטים, פרסום מאמרים ועוד, נדרשת השקעה רבה בהיבטים היזמיים. לאחר מחקר יישומי והוכחת היתכנות, על חוקרים שנכנסים לעולם היזמות למצוא שותפים שמכירים את העולם העסקי, ללמוד את השפה של התחום, לגייס השקעות ולהעביר לתוך החברה את הידע המחקרי שנצבר במעבדה. באוניברסיטת בן גוריון בנגב הוקם לפני שנים אחדות מאיץ אואזיס (ראו מסגרת), שמטרתו לסייע בתהליך. המאיץ מציע תוכנית שמקשרת בין חוקרים ליזמים ועוזרת בכל השלבים, מגיבוש הרעיון למוצר והחזון ועד להיבטים הפרקטיים של הקמת חברה.
מגוון רחב של יישומים
בשנים הקרובות נראה עוד ועוד טכנולוגיות מוחיות חודרות לחיינו. חלק משמעותי מהן יהיה בשימוש במרפאות ובבתי חולים, ובהדרגה נראה מוצרים גם לשימוש ביתי. מרכיב מרכזי יהיה עיצוב אלגנטי ונוח שיאפשר את קבלת המוצר על ידי המשתמשים. השימוש בטכנולוגיות אלה עשוי לאפשר אבחון מוקדם של תהליכי ניוון עצבי, כגון מחלת האלצהיימר, לסייע באבחון תופעות כגון אוטיזם והפרעות קשב, לסייע בניטור ושיפור שינה ועוד מגוון רחב של יישומים. בטווח הארוך, מוצרים אלה יאפשרו לא רק אבחון נוירולוגי בתנאים ביתיים אלא גם כלי טיפול.
לצד זאת, יהיה צורך להתמודד גם עם אתגרים רבים. האימון של אלגוריתמים לניתוח פעילות מוחית דורש נתונים מתאימים ורצוי בכמות גדולה. אתגר מרכזי יהיה בניית מאגרי נתונים גדולים ומגוונים לצורך פיתוח האלגוריתמים. בנוסף, המוח של כל אחד מאיתנו שונה מזה של האחר, ואפילו דפוסי הפעילות במוחו של אדם יחיד משתנים מיום ליום. שונות זו דורשת פיתוח טכניקות שעמידות להבדלים בין אינדיבידואלים, או התאמה אישית של האלגוריתמים. ההתקדמות המרשימה בשנים האחרונות בכלי בינה מלאכותית, לצד פריצות הדרך בחומרה למדידת פעילות מוחית, יהוו את הבסיס להתגבר על אתגרים אלה.
הכותב הוא מרצה וחוקר במחלקה למדעי הקוגניציה והמוח באוניברסיטת בן-גוריון בנגב. עוסק בפיתוח כלים אבחוניים חדשים ומודלים חישוביים להבנה של תופעות נוירולוגיות. מעבדתו משלבת מדידות EEG של פעילות מוחית עם מגוון כלי ניתוח מתמטיים וכלי למידת מכונה. פועל לקידום התחום של נוירוטכנולוגיה באקדמיה ומחוצה לה ומעביר הרצאות בנושא. בשנת 2020 הקים את חברת הסטרטאפ "ניורוהלפ"
