למה יש אנשים שחושבים שהם מכונות? על קבלת החלטות בעולם המיקרוסקופי

פתח דבר

בגישה הרדוקציוניסטית מקובל לחשוב על גוף האדם כעל מכונה ביולוגית, אמנם מורכבת מעין כמוה, אך פועלת לפי חוקים דטרמיניסטיים. מכונה זאת בנויה מאיברים בעלי תפקידים שונים המרכיבים יחדיו את השלם. האיברים עצמם מורכבים מסוגים שונים ומגוונים של תאים. כל תא מותאם בצורתו לתפקיד מסוים אותו הוא ממלא ברקמה לה הוא שייך. החזיקו חזק, עוד לא סיימנו. גם התאים הם מכונות מתוחכמות ומורכבות, הבנויות מופעלות ומתוחזקות על ידי חלבונים, אותן מולקולות שמורכבות מתוך סט ההוראות שבקוד הגנטי, הוא ה-DNA.

היכן נמצא ה-'אני' בכל המכונה הזאת? הרי כולנו מרגישים שיש שם 'אני' איפשהו בפנים, במיוחד כאשר אנחנו מקבלים החלטות. גלידת שוקולד או גלידת וניל? וניל, ברור, כי…כי זה יותר טעים. יכולתי לבחור שוקולד, אבל בחרתי וניל, משמע אני קיים!

אין בכוונתי לדון ברשימה זאת בבעיית גוף-נפש עתיקת היומין, אלא להאיר פינה אחת מעניינת בגישה הרדוקציוניסטית בעזרת דוגמה מדעית, כאשר הנושא הוא קבלת החלטות בעולם המיקרוסקופי.

תמונה 1: רובוטים אימתניים ללא שום קשר לרשימה, למטרת אתנחתא קומית בלבד. המקור לתמונה: ויקיפדיה, לשם הועלתה על ידי המשתמש AlejandroLinaresGarcia.

קבלת החלטות

כיצד מתקבלת החלטה על ידי מכונה, למשל מחשב? כיצד מחליט מחשב השולט במכונית אם לנסוע או לעצור כאשר המכונית מתקרבת אל רמזור? ראשית, המחשב יצטרך לקבל כקלט את מצב הרמזור: אדום או ירוק. מכיוון שהמחשב "חושב" בשפה בינארית, הקלט יכול להיות: מתח חשמלי גבוה ('1') עבור ירוק ומתח חשמלי נמוך ('0') עבור אדום. עבור קלט '1' המחשב יחליט לנסוע ועבור '0' לעצור.

דוגמא נוספת היא מחשב שצריך להחליט האם מאכל הוא כשר מטעמי הפרדה בין בשר לחלב. הקלט הוא התשובות לשאלות: "מכיל בשר?" ו-"מכיל חלב?", כאשר '1' לתשובה חיובית ו-'0' לתשובה שלילית. כדי להגיע להחלטה המחשב יצטרך להשתמש בפעולה הלוגית NAND בין שני הקלטים אשר תניב '1', כלומר כשר, רק במקרים שהמאכל מכיל רק בשר, רק חלב או אף אחד מהם. על ידי חזרות על הפעולה הלוגית הבסיסית הזאת בסידור מתאים ניתן לגרום למחשב להגיע להחלטות מורכבות לאין ערוך, כפי שהוא עושה בכל רגע נתון בו הוא עובד.

כיצד מתקבלת החלטה בעולם הביולוגי, למשל על ידי עכבר? כמובן שאינני יודע את התשובה. וגם אילו ידעתי, מספר הקלטים והפלטים שקיימים בעכבר הוא גדול מדי והמנגנונים מסובכים מדי. אך מה אם נבחר בצורת חיים פשוטה יותר ובהחלטה מסוג מסוים?

הוירוס כמשל

הוירוס הוא צורת החיים הפשוטה ביותר שקיימת. למען הדיוק, השאלה האם וירוס הוא צורת חיים עדיין פתוחה, אך בחירה בצורת חיים מורכבת יותר כגון תא לא תשנה את אופי הדיון. בפשטות, הוירוס הוא מידע גנטי (למשל DNA) הנמצא בתוך מיכל עשוי חלבונים. לוירוס אין מנגנונים להפקה ושימוש באנרגיה ואינו יכול לשכפל את עצמו (מכאן הויכוח האם הוא צורת חיים) אך הוא יכול לרתום את יכולתם של תאים לשם כך.

איור 2: האנטומיה של מר-למד.

אחד הוירוסים הידועים נקרא 'בקטריופאג למבדא' או בשמו המלא 'Enterobacteria phage lambda'. לשם פשטות אכנה אותו בשם החיבה מר-למד (ראו איור 2). כאשר מר-למד נתקל בחיידק אי-קולי (Escherichia coli), הוא מזריק לתוכו את החומר הגנטי שלו. בחלק מן המקרים מנוצל מפעל הייצור בתוך התא לבניית מספר רב של יחידות מר-למד ולאחר כ-45 דקות מגיחים מן התא אל העולם (בדומה לנוסע השמיני) כ-100 מר-למד חדשים. לעומת זאת, ישנם מקרים בהם הדנ"א של מר-למד (הפולש) משתלב אל תוך הדנ"א של החיידק ו"נרדם". החיידק ממשיך בשגרת חייו, מתרבה ובכך משכפל את הדנ"א הפולש. אך אם התא בסכנה, מר-למד (או מה שנשאר ממנו) מתעורר ועובר למצב הפעולה הראשון שתואר המוביל ליצירת מר-למד חדשים ומות התא (ראו איור 3). לכאורה התקבלה החלטה על ידי מר-למד שמתאימה יותר לתנאי הסביבה שנוצרו. כיצד מתקבלת ההחלטה על ידי מר-למד?

איור 3: דיאגרמת בלוקים המתארת את שגרת חייו של מר-למד.

ה-DNA הוא בעצם סוג של קוד או הוראות הכנה ליצירת חלבונים. כאשר ה-DNA של מר-למד מצטרף ל-DNA של התא הוא גורם למפעל לייצר חלבון אשר משפיע על פעילות התא בשתי צורות. אחת היא דיכוי של יצירת יחידות מר-למד והשני עידוד של יצירת החלבון המדכא עצמו, וזהו המצב היציב. יציבות זאת נשמרת עד שהתא המארח בסכנה וה-DNA שלו נפגע. אירוע כזה גורם לפירוק מואץ של החלבון המדכא (דרך תהליכים מורכבים אחרים הקשורים לפגיעה ב-DNA) שגורר אחריו הן ירידה בייצור של אותו החלבון המדכא והן ירידה בדיכוי עצמו. כתוצאה תתרחש עלייה דרמטית ביצור של יחידות מר-למד עד לסוף המר.

נמשל?

החלטות תוך-תאיות הן סט של ריאקציות ביוכימיות שבמובנים מסוימים מזכירות החלטות של מחשב, כאשר הקלט והפלט הם ריכוזים של חלבונים בתא. אמנם ההחלטה המתוארת כאן היא כמובן לא ההחלטה המודעת אליה אנו מתכוונים בדרך כלל, אך עדיין מפתה להישאב לאנלוגית המחשב.

בדרך כלל, קשה לנו מאוד לתפוס או להבין את התוצאה של סדרת תהליכים במורכבות גבוהה, למשל התפתחות מינים עקב תהליך אבולוציה ארוך. האם החלטה של אורגניזם, (לדוגמא עכבר) היא סט עצום ומורכב של החלטות ביוכימיות דומות למה שמתואר כאן או שמא "ההחלטה המודעת" היא משהו מעבר למכאניזם הדטרמיניסטי?

———————————————————————————-

– בכתיבה נעזרתי בספר

"A genetic switch" by Mark Ptashne

– הרשימה פורסמה במקור באתר שפינוזה זצ"ל לפני שנתיים-שלוש. אני מפרסם אותה כאן שוב לאחר עריכה.

גישות ישנות, גישות חדשות ואנשי אשכולות – שניים קצרים

סוף עידן הרדוקציוניזם?

"[…]

רדוקציוניזם היה הכוח המניע מאחורי חלק גדול מהמחקר המדעי במאה העשרים. מה שהוא אומר לנו זה שכדי להבין את הטבע, ראשית אנו צריכים לפענח את מרכיביו. ההנחה היא שכאשר נבין את החלקים יהיה יותר קל לתפוס את השלם. […] כדי להבין את היקום, חונכנו לחקור אטומים; לחקור מולקולות כדי להבין את החיים; לחקור גנים בודדים כדי להבין התנהגות אנושית מורכבת; לחקור נביאים כדי למצוא את המקור לאופנות חולפות ולדתות.

בימים אלה אנו כבר קרובים לדעת כמעט הכול על החלקים השונים. אך אנו רחוקים כבעבר, ואולי אפילו יותר, מלהבין את הטבע כשלם. הרכבת החלקים לכדי השלם התבררה כמשימה קשה הרבה יותר ממה שהעריכו המדענים. הסיבה היא פשוטה: על גבי הרדוקציוניזם אנו דוהרים הישר לתוך הקיר של המורכבות.

[…]"

את הטקסט תרגמתי (וקצת הוצאתי מהקשרו) מפרק המבוא של הספר "Linked" (תורגם לעברית כ-"קישורים") מאת אלברט-לסלו ברבאשי (Barabási) – פרופסור לפיזיקה, העוסק ברשתות ומערכות מורכבות.

מהם 'חוקי חזקה', ולמה מוצאים אותם כמעט בכל מקום, בקשרים בין שחקני קולנוע, ביחסי הגומלין בין החלבונים בתא, ברשת האינטרנט ובתחומים נוספים? ברבאשי רואה מערכות מורכבות בכל פינה וממליץ לנו להבין תכונותיהן כדי להבין טוב יותר את עולמינו מנקודת מבט מערכתית.

עטיפת הספר 'קישורים'. המקור לתמונה: אתר ההוצאה 'ידיעות אחרונות'.

אהבתי בעיקר את החצי הראשון של הספר בו מספר ברבאשי על הרקע ההיסטורי לפיתוח התיאוריה, על חשיבותה ועל הגילויים המרכזיים שבחלק לא מבוטל מהם הוא היה שותף כחוקר מוביל. החלק השני ובו יישומים של התיאוריה על העולם האמיתי (לדוגמא בביולוגיה על רשתות חלבונים בתא, ובכלכלה על קשרים בין אנשי עסקים) תפס אותי קצת פחות.

יש לציין שהספר אינו חדש ויצא לאור כבר ב-2002. בגלל האופי הדינאמי של עולם האינטרנט, חלק מהדוגמאות הלקוחות מתחום זה מרגישות לפעמים לקורא העכשווי פרהיסטוריות. עשר שנים!

אה כן, והרדוקציוניזם הוא עדיין אחד מהכלים החזקים שיש למדע. בחלקים מסוימים בספר, ברבאשי נשמע כאחוז דיבוק בעניין המערכות המורכבות, ומנסה לשכנע את הקורא שאם רק היינו מקדישים לנושא יותר תשומת לב, בעיות העולם היו נפתרות. עם כל זאת, נושאו של הספר באמת מעניין והוא כתוב בצורה סיפורית וקולחת. כמו כן, אין צורך לדעת מתמטיקה, הספר לא נכנס לפן הזה של התיאוריה.

האם סרטן הוא באמת מחלה?

אני ממליץ בחום להאזין לפרק 10 של הפודקאסט little atoms road trip ובו ראיון עם ראש המכון 'BEYOND Center', הפיזיקאי פול דייוויס (בחלק השני של התוכנית). דייוויס הוא דוגמא מרתקת לאיש רב מעללים וחזון. במקור הוא פיזיקאי עם הישגים מוכחים בחקר הקוסמולוגיה, אך בראיון, כראש המכון, הוא מדבר על נושאים שונים שהוא עובד עליהם.

בדומה לברבאשי, דייוויס הוא איש אשכולות שמדגים יפה כיצד צורת מחשבה מדיסציפלינה אחת עלולה להעניק נקודת מבט רעננה ולשפוך אור על דיסציפלינה אחרת. בעיקר תפסה את תשומת ליבי הגישה המעניינת שלו לחקר הסרטן. מספר רב של אנשים בעולם מתים כל שנה מסרטן, אך האם סרטן הוא באמת מחלה? כדי לשמוע את דעתו של דייוויס בעניין תאלצו להאזין לפרק.

פרלוד ופוגה בנמלה מז'ור – המלצה לקריאה

היכן נמצאת המחשבה?

נניח שאנו רוצים לבנות מוח חושב ומודע לעצמו. כדי להצליח במשימה, ראשית עלינו להבין היכן נמצאת אצלנו התודעה והמחשבה וכיצד הן נוצרות. המוח נראה כמו מקום טוב להתחיל בו את החיפוש.

מהי הדרך הנכונה להבנת פעולתו של המוח? באיזו רזולוציה עלינו לבצע את המחקר? האם כדאי לחקור רמת פעילות בגזע המוח על ידי fMRI? האם כדאי לחקור ביטויים של גנים? ריכוזים של מולקולות כאלו ואחרות? מנגנונים תוך תאיים? פעילות של נוירונים בקליפת המוח?

נתעכב על הנוירונים. המוח מורכב (נניח לשם פשטות) מרשתות נוירונים שהם סוג של חומרה. נוירון בודד יכול לירות או לא לירות אות חשמלי בזמן נתון. האם יש בנוירון בודד תבונה? אני מניח שלא. האם יש ברשת נוירונים יותר מסך חלקיה? כנראה שכן. מהם התנאים לקבלת תבונה מרשת של נוירונים? ואם ניצור רשת של מעגלים חשמליים שמדמים פעולת נוירונים, האם זה יספיק לקבלת תבונה?

עטיפת הספר 'גדל, אשר, באך'. המקור: אתר ההוצאה דביר.

בספר 'גדל, אשר, באך' משתעשע הסופר דאגלס ר' הופשטטר עם הדיון של הוליזם אל מול רדוקציוניזם (הוא משתעשע עם נושאים רבים בספר, בדגש על רבים). בדיאלוג 'פרלוד ופוגה בנמלה מז'ור' (בחלקו השני) משתמש הסופר באנלוגיה של קן נמלים כדי לדון באינטליגנציה ותודעה הנולדות מרשת סבוכה של אלמנטים מכאניסטיים ללא מודעות. הדיאלוג מהנה לקריאה והוא מקום טוב להתחיל בו, לכן אני ממליץ בחום.

אני אוהב מאוד את האנלוגיה. היא לא חייבת להיות נכונה במלואה, אך היא מציגה את הבעיה וגורמת לקורא לחשוב. הצעה שלי: אל תחפשו את התשובות בדיאלוג. עיקר מטרת הדיאלוג בעיני הוא להפרות את המחשבה ולא לספק תשובות לשאלות.

סקירה וביקורות מפורטות יותר על הספר 'גדל, אשר, באך' ניתן לקרא למשל כאן או כאן.

רגע, רגע, אבל האם אתה ממליץ על הספר?

אהמממם, זה מסובך. בעיקרון כן, אבל אני ממליץ לקרא על הספר לפני שקוראים את הספר. קריאת הספר היא משימה לא פשוטה, אך יכולה להיות מתגמלת מאוד.

————————————————————————

לקריאה נוספת:

דיון מעניין בבעיות רזולוציה במחקר המוח (בין היתר) במאמר מאת פרופ' שמעון מרום בכתב-העת אודיסאה.