חידת השחמט והמפתח לתודעה האנושית

תמונת אילוסטרציה: Fotolia

כבר במשחק הראשון היריב הכריע אותו, וזו הייתה הכרעה היסטורית. ב-10 בפברואר 1996, גדול השחמטאים בעולם, גארי קספרוב הפסיד ל"כחול עמוק", מחשב העל של חברת IBM שפותח בדיוק למטרה זו. קספרוב עצמו לקח את זה קשה.

אבל בימים הבאים קספרוב הצליח לחזור לעצמו בהדרגה. אחרי ארבעה משחקים המצב היה תיקו, ובשני המשחקים האחרונים בסדרה קספרוב הצליח לנצח, והמפגש ביניהם הסתיים בתוצאה 4:2 לטובת הנציג האנושי.

אני חושב שאנחנו צריכים משהו מחוץ לחוקי החישוב המקובלים שלנו כדי להבין את ההבנה ואת היכולות האנושיות

כשסיכם את ההתמודדות, קספרוב כבר נשמע אופטימי. "אף על פי שאני חושב שראיתי שם סימנים מסוימים של אינטליגנציה, היא הייתה קצת מוזרה, לא יעילה, לא גמישה וגרמה לי להרגיש שנשארו לי עוד כמה שנים".

אבל האופטימיות הייתה מוגזמת. במפגש הבא ביניהם, שנה מאוחר יותר, אחרי ש"כחול עמוק" עבר סדרת שדרוגים מעמיקה, הוא כבר השיג ניצחון ברור. הדו-קרב שהתנהל במאי 1997 הסתיים בתוצאה 3.5:2.5 לטובת המכונה.

הטלפון הנייד הראשון שהפך לרב אמן בשחמט – בתחרות שחמט בין-לאומית שנערכה בארגנטינה ב-2009

מאז, אפילו טלפונים ניידים מצליחים להגיע לדרגת רב-אמן ולנצח באליפויות שחמט בן-לאומיות. לראשונה זה קרה ב-2009. אפליקציה שהותקנה על מכשיר טלפון של HTC הגיעה לתוצאה של רב-אמן כשניצחה באליפות השחמט הבין-לאומית Mercosur שנערכה בארגנטינה.

בשנים האחרונות, תוכנות – "מכונות לומדות" – שמנסות לחקות את מבנה המוח האנושי עם הנוירונים המקושרים ביניהם, כבר מצליחות, לא רע בכלל, לנתח תמונות ולזהות את הפרטים השונים המוצגים בהן. המכונות הלומדות, ובמיוחד מערכות של "למידה עמוקה" אפילו מצליחות לפענח דיבור ולזהות רגשות אנושיים המובעים בתמונות ובקטעי דיבור. נראה שלא ירחק היום והיכולות של המחשבים יעלו בכל התחומים על אלו שלנו.

אבל במכון פנרוז שהוקם בסן דייגו שבארה"ב במארס השנה דווקא חושבים אחרת – הם טוענים שהמחשב לעולם לא יוכל להשתוות למוח האנושי, כי הוא פשוט עובד אחרת. מכון פנרוז הוקם על ידי סיר רוג'ר פנרוז, מתמטיקאי ופיזיקאי אנגלי מהמובילים בעולם, שב-1988 זכה בפרס וולף הישראלי היוקרתי ביחד עם סטיבן הוקינג, בגין מחקריהם, הנפרדים, על תורת היחסות ועל חורים שחורים.

חידת השחמט שפרסם מכון פנרוז. לדברי מחברי החידה, מחשב יזדקק לטריליוני חישובים כדי לפתור אותה בעוד שהמוח האנושי יוכל להבין אותה מיד

כדי להמחיש את ההבדלים בצורות החשיבה בין הבינה המלאכותית לזו של המוח האנושי, פרסם המכון חידת שחמט המדגימה לדבריהם יפה את ההבדל (ראו איור).

"מחשבי השחמט הטובים ביותר יטפלו בחידה הזאת בצורה נכונה, אבל ייקח להם טריליונים של חישובים כדי לפענח את זה, בעוד כשאנשים מסתכלים על זה, כמעט ללא מאמץ ובצורה ספונטנית, הם פשוט מבינים את הטבע של החידה, כך שהם לא צריכים לחשב את כל האפשרויות", מסביר בראיון לאפוק טיימס ג'יימס טאג, מנהל מכון פנרוז ושותף בהקמתו.

טאג, שפיתח מספר המצאות, ביניהן מרכיב מרכזי במסך מגע LCD וחיבר ספר בשם "האם האנדרואידים כבר חולמים?" (2015), טוען שהמוח האנושי יכול להשיג דברים שאפילו מחשב העל החזק ביותר לא יכול, אבל אנחנו לא יודעים עדיין מדוע.

יוצאים מגבולות הפיזיקה

"הדרך שבה אנחנו חושבים היא לא כמו שמחשב קלאסי 'חושב', אלא מורכבת יותר", מסביר טאג. אם הבינה המלאכותית ומערכות ה"למידה עמוקה" שהמדענים מפתחים מתבססות על חישובים סטטיסטיים, המוח האנושי פועל לדבריו אחרת. "המכונה המורכבת הזאת שלנו אמנם אינה מצטיינת במתמטיקה, אבל בכל זאת, מסוגלת להיות יצירתית ולהבין את העולם בדרך שלדעתנו מחשבים לא מבינים", אומר טאג.

גארי קספרוב מובס על ידי תוכנת "כחול עמוק" ב-11 במאי 1997, ב-19 מהלכים בלבד. בכך הוכרעה סדרת המפגשים השנייה ביניהם | תמונה: STAN-HONDA-AFP-Getty-Images

"יצירתיות היא אחד ההבדלים. היא מאפשרת לנו ליצור סיפור חדש, להמציא בדיחה וגם ליצור מחשבות מסוימות לגבי שיפוט מוסרי. דמיון פורה יכול גם לאפשר ליצור דברים חדשים באמנות. גם הוכחות מתמטיות הדורשות יצירתיות הן דוגמה לבעיות כאלו.

"בהרבה מהתהליכים האלו, אנחנו יכולים להסתכל על הכללים, לראות את הבעייתיות שבהם ולהבין שכדאי להוסיף להם משהו חדש. זה קצת כמו ששופט קובע את הפסיקה שלו – הוא מסתכל על החוק, מגיע עם פסיקות קודמות אבל לפעמים הוא צריך לומר, 'אוקיי, יש כאן כלל חדש, קונספט חדש שמובן מאליו שהוא נכון, אבל למעשה לא נכתב מעולם'. כך צדק וערכים התפתחו. אלו תהליכים שהם רציונליים, אבל לא ניתנים לחישוב".

איור: Fotolia

כיצד המוח האנושי יוצר את תהליכי החשיבה האלה? טאג והקולגות שלו במכון פנרוז מנסים לפענח בדיוק את זה, ומחפשים אנשים יצירתיים כדי לבדוק מה קורה ממש בתוך הנוירונים שבמוחם, באותם רגעים של הברקות יצירתיות. אבל הנוירונים אינם שורש העניין, לפחות לטענת מקימי המכון, שמאמינים שכדי להבין את היצירתיות האנושית חייבים לחקור משהו נוסף שבלעדיו לא נוכל לפענח את רזי התודעה האנושית.

כאן נכנס לתמונה סיר פנרוז. כאדם סקרן, הוא לא הסתפק רק בלימודי פיזיקה ומתמטיקה באוניברסיטת אוקספורד שבבריטניה. החל משנות ה-60, לאחר שלמד והעמיק גם במדעי המחשב הוא הגיע לחקר הבינה המלאכותית שהובילה אותו לתחום חדש ושונה – התודעה האנושית.

בעיקר סקרנה אותו השאלה האם באמת יצליחו אי פעם לפתח מחשב שמצליח לחשוב כמונו, למשל להבין בדיחה טובה או להעריך את יופייה של תמונה. כך הוא התחיל להתעניין ולסווג את סוגי הבעיות שאנחנו, בני האדם מצליחים לפתור לא רע, מתוך הבנה עמוקה שלהן, אבל מחשב, הנעזר בחישובים סדרתיים, מסתבך איתן הרבה יותר.

אפקטים קוונטיים שונים ומסתוריים משפיעים על הנוירונים במוח שלנו, ובאופן זה גם בעצם משפיעים על התודעה

פנרוז נעזר בין היתר בדיון שנערך בעבר, ועסק במגבלות המערכות המתמטיות השונות. ב-1931, מי שנחשב לאחד מגדולי הלוגיקאים בהיסטוריה האנושית – האוסטרי קורט גודל, פרסם את משפטי "אי השלמות" המתייחסים למגבלות של מערכות לוגיות ומתמטיות. במשפטים הלוגיים המורכבים שפרסם לא נתעמק כאן, אבל כן נדבר על אחת המשמעויות שלהן, זו שהייתה רלוונטית כל כך בדרכו של פנרוז לתובנות שלו.

בהפשטה גסה המשמעות הזו אומרת שישנן בעיות ששום מערכת חישובים פורמלית, כמו למשל זו המשמשת את המחשבים שלנו, לא תוכל להכיל – כלומר להתמודד ולפתור. האדם, בניגוד למחשב, לדעתו של פרופ' פנרוז, אינו כפוף למגבלות של המערכות הלוגיות הפורמליות – התפיסה וההבנה האנושית מסוגלת לטפל ולהבין קשת רחבה הרבה יותר של סוגי בעיות.

"יש דברים שאנחנו עושים עם ההבנה שלנו, אפילו הבנות מתמטיות, שהם לא חישוביים, אי אפשר לעשות אותם רק עם מתמטיקה. אני חושב שאנחנו צריכים משהו מחוץ לחוקי החישוב המקובלים שלנו כדי להבין את ההבנה ואת היכולות האנושיות", הסביר סיר פנרוז בראיון לכתב העת המדעי Elsevier ב-2014. אבל מה זה המשהו הזה?

ג'יימס טאג מסביר: "לאורך כל החיים לימדו אותנו שלכל דבר יש סיבה ותוצאה. לכן גם כל חוקי הפיזיקה שלמדנו בבית הספר, מלבד אחד מהם שתכף אדבר עליו, תוצאתם צפויה מראש. אם אבקש ממך לדמיין מחשב שאינו מכונה דטרמיניסטית, יהיה לך קשה מאוד לתפוס את זה. קשה מאוד לדמיין שיש מבנים או מכונות שבהם לא קיימים סיבה ותוצאה. שדבר אחד לא בהכרח בא בעקבות האחר.

"אם, כפי שהפיזיקה גורסת כיום, הדברים לחלוטין צפויים מראש, אז כל דבר שאני אומר לך, כל מה שנכתב או בעצם כל דבר שקורה נקבע לחלוטין על ידי מה שקלטנו לאורך החיים שלנו. כולל למשל מה אכלת לארוחת הבוקר ואיך היה הקפה ששתית. עם זאת, אנחנו יודעים שבתגובות שלנו נכנס גם מרכיב של חופש".

כיצד יכולה הפיזיקה להשתחרר מהמסגרת הכובלת של סיבה ותוצאה – לפיה כל תוצאה נגזרת באופן מוחלט מכל האירועים שקדמו לה? מהו התהליך הפיזיקלי המיוחד שעליו רמז טאג שבו מתגלה הרצון חופשי?

כדי להבין אותו נצטרך להיכנס טיפה למכניקת הקוונטים, העוסקת בחלקיקים הקטנים ביותר, ונחשוב למשל על חלקיק קוואנטי שמתפרק לפתע. מתברר שלעולם לא נוכל לחזות בוודאות מתי הוא יתפרק. יכולים להיות שני אטומים זהים לכאורה, אבל בכל זאת, אחד מהם יתפרק בעוד דקה והשני יחכה עוד שעה עד שיתפרק. כל מה שמכניקת הקוונטים יודעת לספק לנו זה את ההסתברות שהתפרקות כזו תקרה.

הדברים למעשה מורכבים קצת יותר. מכניקת הקוואנטים גורסת שכל עוד אנחנו לא מפריעים לאותם חלקיקים זעירים, הם נמצאים ב"סופרפוזיציה" כלומר בכמה מצבים שונים בו זמנית – הם נמצאים גם בנקודה זו וגם באחרת, נעים הן במהירות גבוהה והן בנמוכה וכל זה קורה בו זמנית. רק אם פתאום החלקיק יתקל לפתע בחומר "רגיל", מסדרי גודל גדולים מאלו הקוונטיים (הזעירים), ההתקלות תאלץ את החלקיק לבחור מצב מוגדר. אבל במה הוא יבחר מבין כל האפשרויות – המשוואות הקיימות מתארות את זה כתהליך אקראי לחלוטין.

האם זה אכן תהליך אקראי? "אנחנו חושבים שאולי יש איזשהו תהליך רציונלי שמסביר מדוע זה מתרחש בדרך זו או אחרת", מסביר טאג.

כיסים קוונטיים במוח

פרופ' סיר רוג'ר פנרוז. אחרי שקידם רבות את חקר תורת היחסות והחורים השחורים, מתמקד בשנים האחרונות בחקר התודעה האנושית

פרופ' פנרוז טוען שהדברים אינם אקראיים כמו שאנחנו רגילים לחשוב, שמסתתרת שם איזו חוקיות שאנחנו עדיין לא מכירים. בספר שפרסם ב-1989, The Emperor’s New Mind, טען שכדי להבין כיצד פועל המוח נצטרך להבין טוב יותר מה קורה בתהליכים הקוונטיים האלו.

הוא גם הציע שאותה בחירה קוונטית מסתורית היא בעצם מה שעומד מאחורי התודעה שלנו – אפקטים קוונטיים שונים ומסתוריים משפיעים על הנוירונים במוח שלנו, ובאופן זה גם בעצם משפיעים על התודעה. אבל איך כל זה קורה? איפה במוח מתרחשים התהליכים האלו? לזה עוד לא היה לו רעיון.

הספר עורר תגובות רבות, מרביתן לא ממש תמכו ברעיונות הנועזים, בלשון המעטה. עיקר הטענות התייחסו לכך שבסביבה החמה והרועשת שבמוח, החלקיקים הקוונטיים לא יצליחו לשמור על מצב "הסופרפוזיציה" הייחודי שלהם ויאלצו מהר מאוד לבחור במצב מוגדר יחיד, ולכן טענתו של פנרוז שהחלקיקים האלה משנים מיקום ומצב כל הזמן ומעצבים בכל רגע ורגע את התודעה שלנו, אינה הגיונית.

אבל בין כל התגובות הרבות שהגיעו אליו הייתה גם אחת אחרת, מעניינת, שהשפיעה מאוד על המשך העלילה. היא הגיעה ב-1992 מפרופ' סטיוארט האמרוף מאוניברסיטת אריזונה שבארה"ב שבמקרה קרא את הספר, והבין שיש לו בדיוק מה שפרופ' פנרוז מחפש – כבר 20 שנה שהוא חוקר מבנה חשוב בתוככי הנוירונים שלנו, "מיקרו-טובולים" (בעברית מתורגם לעתים לצינוריות-מיקרו), שייתכן מאוד שבתוכם מתרחשים כל התהליכים הקוונטים שמציע פרופ' פנרוז.

האמרוף נתקל בצינוריות המיקרו-טובולים כבר בשנות ה-70. הן חלולות, עשויות מחלבון וקוטרן כמיליונית המילימטר. תפקידן המוכר הוא לשמש כשלד לתאים שלנו – הן יוצרות רשת לאורכו ולרוחבו של התא וכך בעצם מהוות כשלד שלו. יש להן גם תפקידים מוכרים נוספים הקשורים לתהליך חלוקת התא ולתנועה שלו, אבל האמרוף, כרופא מרדים, גילה שכשהן בנוירונים שלנו, במוח, ייתכן שיש להן גם תפקיד מפתיע נוסף.

החלבונים המרכיבים את צינוריות המיקרו-טובולין מקופלים כך שיש בהם כיס מיוחד בו משוטט חלקיק קוונטי. צורת החלבון אף מושפעת ממצב החלקיק הקוונטי

החלבונים מהם מורכבות הצינוריות מקופלים כך שיש בהם כיס מיוחד. בתוך הכיס מטייל לו חלקיק קוונטי חופשי ובודד שלמעשה, הודות לכיס המגן עליו, מצליח על פי רוב לשמור על מצב הסופרפוזיציה הייחודי שלו ללא הפרעה, כלומר מצליח להיות בכמה מקומות שונים בכיס בו זמנית. כרופא מרדים, גילה פרופ' האמרוף שכשגז ההרדמה שלו מגיע לכיסים האלו, הוא משבש את תנועתו של החלקיק הקוונטי, וכך באורח לא ממש ברור "מכבה" את ההכרה של האדם המורדם.

כבר בשנות ה-70 התחיל האמרוף לחשוד שאולי לחלקיקים הקוונטיים החופשיים האלו יש תפקיד כלשהו בהכרה שלנו. האמרוף המשיך וחקר את הצינוריות האלו ובשנות ה-80, לאחר שלמד על התקשורת היעילה שצינוריות המיקרו-טובולים האלו מקיימות ביניהם, הוא התחיל לחשוד שיש להן גם תפקיד חשוב בעיבוד המידע בתוככי הנוירונים שלנו.

פנרוז, שבהתחלה הגיב בספקנות לפנייתו של האמרוף אליו, ורעיונותיו נשמעו לו קצת הזויים, בכל זאת הסתקרן לאחר שבחן את אוסף המאמרים שצירף פרופ' האמרוף למכתב שלו. היה לו חשוב להבין מה כן הגיוני וסביר מכל התיאורים וההסברים האלו. בסתיו 1992 הם נפגשו ובסופו של דבר פרסם פנרוז שהאמרוף אכן סיפק לו את התשובה שחיפש. מאז, ולמעשה עד היום, הם ממשיכים את המחקר הזה ביחד, גם במכון החדש.

כשהם התחילו לפרסם את הרעיונות שלהם, למשל במאמר שפרסמו ב-1996 בכתב העת Elsevier, ההתנגדות הייתה נרחבת. מתמטיקאים, מדענים ופילוסופים טענו שוב שהפירושים שהם נתנו להשקפות המקובלות הם מרחיקי לכת, ושברמה הפרקטית, לא סביר שבתנאי החום, הלחות והרעש בתוככי המוח שלנו, החלקיקים הקוונטיים מצליחים לשמור על מצבי הסופרפוזיציה הייחודיים שלהם.

אבל בעשור שלאחר מכן התחיל להתברר שאולי בכל זאת זה אפשרי. לא רק שתופעות קוונטיות התגלו בטמפרטורות נורמליות, כמו בחיי היום-יום שלנו, אלא אפילו בתהליכים ביולוגיים. ב-2007 למשל, חוקרים מאוניברסיטת ברקלי שבארה"ב גילו שלתהליכים קוונטים יש תפקיד חשוב בתהליכי הפוטוסינתזה של הצמחים. מתברר שגם הציפורים הנודדות משתמשות באפקטים קוונטיים דומים כשהן חשות את השדה המגנטי של כדור הארץ ומנווטות בעזרתו.

"פריצת הדרך הגדולה ביותר הייתה כשהתברר שיש השפעות קוונטיות ברקמות ביולוגיות. מאז הדברים התחילו להשתנות, אנשים פתוחים יותר לאפשרות הזו ומתחילים לחשוב שייתכן שיש בזה משהו", מספר טאג.

ב-2011 למשל ד"ר אנירבאן בנדיפאי (Bandyopadhyay) ההודי, מהמכון הלאומי למדעי החומר ביפן, נעזר בכלי מדידה ננו-טכנולוגיים שהכניס לתוככי נוירונים כדי ללמוד את תכונות ההולכה של המיקרו-טובולים. את ההולכה היעילה שגילה בהם ניתן לדבריו להסביר באמצעות תהליכים קוונטיים. מאז, עוד ועוד מחקרים המתפרסים ברחבי העולם מעידים שאפילו בסביבה הביולוגית החמה והרועשת, בהחלט עשויים להופיע תהליכים קוונטים שכאלו.

איך בעצם המיקרו-טובולים האלו יוצרים את התודעה?


"איך אסביר את זה בפשטות", תוהה טאג, "יש המון מיקרו-טובולים במוח והם פועלים במתואם זה עם זה. כשהמוח שלך מגיע להחלטה כלשהיא, למשל, כשאת מחליטה להרים כוס יין, זה קורה כי בשלב הזה מספיק מהמסה של המוח שלך – כלומר מספיק מיקרו-טובולים מעורבים בתהליך החשיבה כך שהוא קורס לבחירה יחידה. וזו בעצם ההחלטה המודעת.

"זה אומר שהחוויה המודעת שלנו מופיעה כשהסופרפוזיציה הקוונטית במיקרו-טובולים קורסת לפתע. באותו רגע אנחנו מרגישים מודעים ואנחנו יכולים לקבל החלטות ולהגיע למסקנות. 
"כשהמיקרו-טובולים מתואמים זה עם זה ברמה קוונטית הם מפיקים את החשיבה. אבל חשיבתם היא מתוחכמת יותר מזו של מחשבים רגילים כי הם בעצם יוצרים מחשב לא סיבתי".

תמונה: Fotolia

כיצד פרופ' פנרוז יחקור את התהליכים הקוונטיים

"אנחנו מתכננים לפתח כלי מחקר ננו-טכנולוגיים, לבחון בעזרתם את הנוירונים ואת המיקרו-טובולים שבתוכם, וללמוד מה קורה בהם. אפשר כיום כבר לייצר רכיבי מחקר קטנטנים, להציב אותם על פני השטח של המיקרו-טובול, ואפילו להכניס אותם פנימה ולבדוק למשל את ההתנגדות וההולכה החשמלית בתוכו.

"אנחנו מתכננים לקחת תאי גזע אנושיים, לגדל בעזרתם קבוצה של כ-200 נוירונים, שזה דרך אגב דבר שכבר נחשב כיום לשגרתי בחקר האלצהיימר למשל, ולהכניס לתוכם את רכיבי הננו שנפתח".