ENGLISH צור קשר גלריה תרבות-מדע מדע חישובי כימיה פיסיקה חמדעון אודות
בהצלחה לבוגרי המחזור ה-25 של חמד"ע - קיץ נעים לכולם
<< לכל המבזקים    
לוח אירועים
הידען
28/06/2017 00:15:14
החורים השחורים הנעלמים

28/06/2017 00:05:12
חוקרים מהטכניון פיתחו מערכת שמאפשרת התאמה אישית ומהירה של התרופה האנטיביוטית למטופל

28/06/2017 00:00:36
פרדוקס הפעילות הגופנית

27/06/2017 00:05:13
העוקץ האוסטרלי

26/06/2017 02:00:30
ספייס אקס שיגרה שתי רקטות בתוך שלושה ימים

26/06/2017 00:05:38
שירות חדש לחולי סרטן יקשר ביניהם לבין חוקרים ומחקרים עדכניים

26/06/2017 00:05:17
למחזר ממברנה

26/06/2017 00:00:43
לבנות מוח במעבדה

25/06/2017 00:10:53
דרפ"א מממנת פיתוח של מעבד מסוג חדש – מעבד ניתוח גרפים

25/06/2017 00:05:01
"הרובוטים לא רק לוקחים מקצועות אלא מאפשרים כניסה קלה יותר למקצועות טכנולוגיים חדשים"

25/06/2017 00:00:11
בריחת סידן מהמוח

24/06/2017 00:10:47
תאי הניקוי של המוח

24/06/2017 00:05:27
יהודי אוהב דגים? – פרק רביעי – שימורי דגים

24/06/2017 00:00:47
עוד רעיונות שישנו את העולם: מרובוטים בגלולה ועד לווייני תקשורת קוואנטיים

22/06/2017 00:10:36
יותר בהיר מהשמש, יותר חם מהקיץ בישראל

22/06/2017 00:05:46
מחקר: שוק העבודה הישראלי עובר מכלכלה מסורתית לכלכלת טכנולוגיות מידע ושירותים מודרנית

22/06/2017 00:00:06
חוקרים פיתחו טכניקה להנעת מיקרו-חלקיקים בעזרת אור ובועות זעירות

21/06/2017 00:10:46
כיצד דינוזאורים נעשו לציפורים

21/06/2017 00:05:30
חוקרים שופכים אור חדש על תנועת גלים על פני ממברנות התא, שעשוי להשפיע על חקר הסרטן ועל הטיפול בו

21/06/2017 00:00:01
תכשיטי נשים בני 900 שנה נחשפו במטבח של מגדל צלבני עתיק

20/06/2017 02:07:10
טלסקופ החלל קפלר מצא 219 כוכבי לכת נוספים וחשף פער ברור בין כוכבי לכת ארציים ומיני-נפטונים

20/06/2017 00:15:41
חוקרים פיתחו טכנולוגיה המאפשרת "תכנות מחדש" של חיידקים

20/06/2017 00:05:44
נמצאה מוטציה גנטית שתורמת לאריכות ימים אצל גברים

20/06/2017 00:00:46
חצים מורעלים מתחת למים: חוקרים מפענחים את מנגנון הצריבה של המדוזה

19/06/2017 00:11:19
"שיפור טכנולוגי בתחום הספטרוסקופיה איפשר את גל גילויי כוכבי הלכת מחוץ למערכת השמש"

דף הבית  >>  מהנעשה בחמד''ע
מהנעשה בחמד''ע
טקס הענקת פרסי קריל 2017 ושולחנות עגולים בחמד"ע   (06/03/2017)
ביום ד', 29 במארס יוענק בחמד"ע פרס קריל לעשרה מדענים ומדעניות בראשית דרכם האקדמית. לאחר הטקס ישוחחו הזוכים עם תלמידי מדע מצטיינים מכל הארץ.

אחר צהרים של מדע עם זוכי פרס קריל 2017

יום רביעי, 29 במארס 2017 החל מן השעה 15:30, בחמד"ע - המרכז לחינוך מדעי בתל אביב

טקס הענקת פרסי קריל להצטיינות במחקר מדעי 2017

פרסי קריל להצטיינות במחקר מדעי ניתנים מדי שנה למדענים ישראלים בראשית דרכם כדי לסייע בקליטתם בישראל. הפרסים מוענקים על ידי קרן וולף, האחראים גם על הענקת פרסי וולף היוקרתיים.

לאחר הטקס, בין השעות 17:00-18:45 ייפגשו הזוכים עם תלמידי תיכון מצטיינים לשיחות סביב שולחנות עגולים בנושא: "מדע, חינוך ומה שביניהם". השיחות יעסקו בנושאי המחקר של החוקרים ובדרך שבה הם הגיעו לעסוק במדע, בתחום העיסוק שלהם בפרט, ובקריירה המדעית. כמו כן ידון הקשר לחינוך למצוינות ובמחקר במדינת ישראל בהקשר לפעילותה של קרן וולף המעניקה את פרסי קריל.

 

הזוכים - לחצו על הנושא לקבלת פירוט

 יונתן דובי אוניברסיטת בן גוריון בנגב

הולכת מטען ואנרגיה במערכות ננו-מולקולריות

שירי צ'צ'יק

אוניברסיטת תל אביב

ניתוח ותכנון אלגוריתמיים
אילון שני

אוניברסיטת תל אביב

מנגנונים מולקולרים וגנטיים​ ​בהובלת הורמונים של צמחים
יוסי בוגנים

האוניברסיטה העברית בירושלים

יצירת תאי גזע מושרים לשימוש ברפואה רגנרטיבית
ניר בר-גיל

האוניברסיטה העברית בירושלים

כלים קוונטיים בחישה, סימולציה ואינפורמציה

כרמל רוטשילד

הטכניון - מכון טכנולוגי לישראל

רעיונות תרמודנמיים חדשים  להמרת אנרגיה סולארית לחשמלית

אבי שרודר

הטכניון - מכון טכנולוגי לישראל

ננו-תרופות מותאמות אישית לטיפול בסרטן 
אסיה רולס

הטכניון - מכון טכנולוגי לישראל

מנגנונים פיזיולוגיים של אינטראקציות מוח-גוף

ברקרסקי צביקה 

מכון ויצמן למדע

מחקר בסיסי בקריפטוגרפיה מתקדמת

יואב גולדברג

אוניברסיטת בר אילן

תשתיות בסיס לעיבוד אוטומטי של שפות טבעיות

 


מעבר והמרת אנרגיה במערכות ננומטריות

יונתן דובי

אנרגיה– מטבע החליפין של הטבע – חיונית לחיים בכל קנה מידה. היא מאפשרת לאטומים להפוך למולקולות בתגובות כימיות, לתאים להתחלק, לצמחים לגדול ולבני אדם לחיות. היא מאפשרת לאנשים לחיות בנוחות, למדינות להגיע לצמיחה כלכלית, ולאנושות לשגשג. הבנה כיצד אנרגיה זורמת, כיצד לשלוט בה ואיך להמיר אותה מצורה אחת לאחרת היא מרכיב חיוני גם להבנה מדעית מעמיקה של העולם הסובב אותנו וגם לרווחת האדם. משאלות מדעיות בסיסיות, כמו "כיצד צמחים התפתחו להיות ממירים מצוינים כאלה של אנרגיה, על-ידי המרת אנרגיית השמש לאנרגיה כימית ביעילות גבוהה מאוד", לשאלות עם היבטים טכנולוגיים כגון "איך אנחנו יכולים להשתמש בתכונות של מולקולות וחומרים להמרת חום לחשמל", הבנה של הולכת אנרגיה והמרתה היא אתגר גדול לקהילה המדעית, עם מגוון רחב מאוד של עניין למתמטיקאים, פיסיקאים, כימאים, ביולוגים ומהנדסים.

למה בקנה מידה ננומטרי? ישנן מספר סיבות. הסיבה הראשונה היא שהצורות היסודיות ביותר של הולכת אנרגיה והמרתה, כגון העברת אנרגיה בתגובות כימיות ובפוטוסינתזה, מתרחשות בקנה מידה ננומטרי. לכן, הבנת זרימת חום בקנה מידה זה היא חיונית להבנה של תהליכים בסיסיים כאלה.

שנית, מסתבר כי מערכות בקנה מידה ננומטרי (כגון צמתים מולקולריים) יכולות לשמש כחלקים פעילים בהתקני המרת אנרגיה, וכי ניתן לנצל את המאפיינים הייחודיים לחומר בקנה מידה ננומטרי כדי להגביר את יעילות המרת האנרגיה. הדבר פתח נתיבים חדשים למכשירי אנרגיה מתחדשים. למעשה, בשנים האחרונות הושגה התקדמות עצומה ביכולת לייצר, לאפיין ולתפעל מערכות בקנה מידה ננומטרי, מה שהופך את השאלה של הגדלת יעילות המרת אנרגיה באמצעות אלמנטים ננומטריים לשאלה אקטואלית ורלוונטית ביותר מנקודות מבט תיאורטית וניסיונית כאחד.

שלישית, עם הקיטון בגודלם של רכיבים אלקטרוניים (והחזון של הגעה לגבול הסופי של הטכנולוגיה הננואלקטרונית, שהוא חוטי חשמל עשויים ממולקולות יחידות), ניהול חום ופיזורו בסקאלה הננומטרית הופך לבעיה רצינית. גם היום, אחת הבעיות המרכזיות של הקטנת רכיבים אלקטרוניים היא ההצטברות חום. לפיכך, על מנת לקחת את הננו-טכנולוגיה לשלב הבא דרושה הבנה מפורטת של זרימת החום באלמנטים אלקטרוניים ננומטריים.

לבסוף, מערכות בקנה מידה ננומטרי מציעות אפשרויות ייחודיות למכשירים חדשניים לבקרה ולמניפולציה של חום , כגון מתגי חום, דיודות חום, טרנזיסטורי-חום ואפילו זיכרונות מבוססי חום.

בקבוצה שלי אנחנו חוקרים היבטים תיאורטיים שונים של הולכת אנרגיה במערכות ננומטריות.אנו משתמשים במגוון שיטות, מחישובי עטוניי רועד למחשוב מקבילי באשכולות מחשב, על מנת לחשב את תכונות ההולכה הרלוונטיות למערכת (זרם, מוליכות והתנגדות, נצילות וכיו"ב). בנוסף, אנו עוסקים בפיתוח שיטות תיאורטיות חדשות כדי לטפל בבעיות הולכת אנרגיה במערכות אלו . אנו משתפים פעולה עם קבוצות תיאורטיות שונות וגם משתפים פעולה עם קבוצות מובילות ניסיוניות בכל רחבי העולם, גם בניתוח תוצאות הניסויים וגם בהצעת ניסויים חדשים.

דוגמא למערכות שמעניינות אותנו היא "צמתים מולקולריים" – מערכות המורכבות משתי אלקטרודות מתכתיות שביניהן מולקולה אחת, המשמשת כ"חוט חשמל" ננומטרי. אנו חוקרים כיצד תכונות ההולכה של מערכת זו קשורות למבנה המולקולה, לתכונותיה המרחביות, ליכולת ההיקשרות שלה למתכת וכו'. בנוסף, אנו חוקרים את המגבלות של מערכות כאלה: עד כמה הן יכולות לתפקד כמוליכים, כממירי-אנרגיה, או אפילו כדיודות ("שסתומים חד-כיווניים" לזרם חשמלי). לאחרונה שיתפנו פעולה עם קבוצה העוסקת במחקר ניסויי שמדדה את תכונותיה החשמליות של מולקולת דנ"א בודדת, והסברנו מדוע רואים בניסוי התנהגות לא-טריוויאלית המאפיינת דיודה.

דוגמאות נוספות למערכות המעניינות אותנו הם מערכות פוטוסינטתיות, שם אנרגיה עוברת צורה מאנרגיה סולרית לאנרגיה כימית, ותאים סולריים-מולקולריים, הממירים אנרגיית שמש לאנרגיה חשמלית. אנו שואלים שאלות כגון כיצד משפיע המבנה על הנצילות וההספק, מה התכונות הקוונטיות של מערכות כאלו, ומה המגבלות על שימוש בהן.

להרשמה לחץ כאן


ניתוח ותכנון אלגוריתמיים

שירי צ'צ'יק

בעיות הנובעות מרשתות בעולם האמיתי מובילות לחלק ניכר מן המחקר הבסיסי ביותר במדעי המחשב.
מחקרי מתרכז בין השאר בשאלות הנובעות מקנה המידה הגדול של רשתות עם דגש מיוחד על סביבות שבהן אנו נדרשים לתכנן אלגוריתמים שיש להם מידע חלקי בלבד על הרשת כולה. דוגמאות לכך הן אלגוריתמים דינמיים (כאשר הגרף/הרשת משתנים עם הזמן והשינויים אינם ידועים לנו מראש ובכל זאת אנחנו רוצים לתחזק איזשהו מבנה נתונים או מידע כלשהו על הגרף) ואלגוריתמים מבוזרים (בהן כל צומת ברשת/גרף הוא מעבד עצמאי המודע רק למה שקורה בסביבתו הקרובה ואין לו ידע גלובלי על כל הגרף).

אלגוריתמים דינמיים: רשתות בעולם האמיתי עשויות להשתנות עם הזמן . השינויים עשויים להיות זמניים (לדוגמא , חלק ממשאבי הרשת קורס מדי פעם וחוזר לתפקוד אחרי זמן מה) או קבועים (למשל, להוסיף / להסיר משאבי רשת באופן קבוע ). לדוגמא, ברשת כבישים השינויים הקבועים האפשריים  הם בדרך כלל מוגבלים למדי, צמתים מסוימים יכולים להיות סגורים לפרקי זמן קצרים, יכולים להיות פקקי תנועה ברשת, אבל המבנה הבסיסי של הרשת נשאר קבוע. לעומת זאת, שינויים ברשתות חברתיות קורים לעתים תכופות והשינויים קבועים יותר (הוספה/ הורדה של קשרים).

התמודדות עם סביבות דינמיות, תוך שמירה על איכות הפתרון, היא בעיה מורכבת שלעתים קרובות מוסיפה אתגרים מתמטיים חדשים ולא טריוויאלים.

דוגמא אחת שעסקתי בה במחקרי היא שאילתות מסלולים קצרים/מרחקים בגרף דינמי. הבעיה עצמה מרתקת גם במקרה הסטטי שלה, שבה הגרף קבוע ואיננו משתנה עם הזמן. בשנים האחרונות, הצורך המעשי למענה מהיר של שאילתות מסלולים קצרים גדל במידה ניכרת, בין השאר בשל פיתוח מערכות ניווט ותוכנות תכנון מסלולים אחרות. אלגוריתמים למציאת מסלולים קצרים ביותר כגון האלגוריתם של דייקסטר המחזירים מסלול קצר ביותר בזמן כמעט לינארי במספר צמתים ברשת. עם זאת, רשתות בקנה מידה גדול כגון רשתות כבישים של יבשות דורשות משהו הרבה יותר מהיר. אפשר לענות מהר יותר על שאילתות מסלולים קצרים/מרחקים אם אנו מאפשרים שלב של עיבוד מקדים. גישה נאיבית המנצלת שלב של עיבוד מקדים היא להריץ אלגוריתם למציאת מסלולים קצרים ביותר בין כל הזוגות ולאחסן את מטריצת המרחקים. בעזרת מטריצת המרחקים אפשר לענות על שאילתות מרחקים בזמן קבוע פשוט על ידי גישה לכניסה המתאימה במטריצה. עם זאת הגודל של מטריצת המרחקים הוא עצום - ריבועי למספר הצמתים ברשת.  ולמעשה כשגודל הרשת גדול אי אפשר לאחסן את מטריצת המרחקים בזיכרון.

הבעיה כמובן הופכת למאתגרת יותר כאשר הגרף משתנה עם הזמן. עיצוב עורק למרחקים טוב יותר הן במקרה הסטטי והן במקרה הדינמי הוא בעל חשיבות הן תאורטית והן מעשית .

אלגוריתמים מבוזרים: בשלושת העשורים האחרונים חל מפנה ענק מחישוב מרכזי לחישוב מבוזר. אנחנו מוקפים ברשתות מבוזרות והן ממלאות תפקיד מרכזי בחיי היום יום שלנו, דוגמאות לכך הן האינטרנט, רשתות סלולריות, רשתות חיישנים אלחוטיות, מערכות בקרת מטוסים ועוד. מחשוב מבוזר הוא תחום מחקר עצום שהולך וגדל. הוא עוסק במסגרות שבהן ישנם מעבדים רבים העובדים במקביל, ומתקשרים אחד עם השני על ידי העברת הודעות.

דוגמא אחת לשאלות בתחום בהן אני מתעניינת קשורות לשבירת סימטריה. שבירת סימטריה עוסקת בבעיות כגון חישוב קבוצה בלתי תלויה מקסימלית (קבוצה של הצמתים בה אין זוג צמתים שכנים ולכל צומת בגרף יש שכן בקבוצה) צביעה חוקית, שידוך מקסימלי ועוד.

למרות שהמוטיבציה לחלק ניכר מן המחקר התיאורטי מגיעה מן העולם האמיתי, במקרים רבים יש עדיין פער עצום בין התאוריה והפרקטיקה. אחת המטרות שלי היא לעזור לגשר על הפער הזה , על ידי הצגת מודלים קרובים ככל האפשר למציאות ועל ידי עיצוב אלגוריתמים פשוטים וקלים ליישום .

שירי צ'צ'יק היא אני חברת סגל במדעי המחשב באוניברסיטת תל אביב. את הדוקטורט עשתה במכון ויצמן תחת הנחייתו של פרופסור דוד פלג. לאחר מכן ביצעתי פוסט דוקטורט במעבדות המחקר של מייקרוסופט בקליפורניה.  תחומי המחקר העיקריים שלה הם בתכנון וניתוח אלגוריתמים קומבינטוריים הן במודל של חישוב מבוזר והן במודל של חישוב מרכזי.

להרשמה לחץ כאן


​מנגנונים מולקולריים וגנטיים​ ​בהובלת הורמונים של צמחים

אילון שני, ביולוגיה מולקולרית של צמחים, אוניברסיטת תל אביב

הורמונים צמחיים הינם מולקולות סיגנל קטנות הנוצרות באופן טבעי בצמח ומבקרות את התפתחותו ותגובתו לסביבה. ההשפעה של הורמונים צמחיים הינה קריטית לתהליכים רבים בצמח וישנו שימוש גובר בהורמונים בחקלאות בכל העולם. דוגמה טובה לכך היא מניפולציה של ההורמון ג'יברלין המבקר תהליכים רבים בהתפתחות כמו נביטה, גדילה ומעבר לפריחה. שינויים גנטיים ביצור וחישה של הורמון זה בצמחים הביאו למהפכה הירוקה בשנות ה-60 ולעליה משמעותית ביבול של דגניים חשובים כמו חיטה, אורז ותירס. שלא כמו בבעלי חיים, צמחים פיתחו מערכת ייחודית המאפשרת שליטה מרחבית במרבית ההורמונים הטבעיים שלהם. הדוגמה הבולטת ביותר הינה ההעברה הקוטבית של ההורמון הצמחי אוקסין מתא לתא על ידי טרנספורטרים (נשאים) ממשפחת ה-PIN המבקרים את התפתחות הצמח. אולם, הבקרה המרחבית על שאר ההורמונים, כולל ההורמון ג'יברלין אינה ברורה.

על מנת ללמוד על מנגנוני ההובלה של ג'יברלין בצמחים אנו משלבים גישות גנטיות, כימיות ומולקולריות. הכנו מולקולות ג'יברלין מסומנות פלורוסנטית(fluorescently labeled GA) הפועלות בצמחים כמו ההורמון הטבעי ונקשרות לרצפטור (קולטן) כמו ההורמון הטבעי. השתמשנו במולקולות אלו ללמוד על אזורי ההצטברות של ההורמון בשורש ומצאנו כי ההורמון המסומן מצטבר בתאים ספציפיים בשורש (תאי אנדודרמיס),

הצטברות תלוית אנרגיה וטמפרטורה. בנוסף, בסריקות גנטיות שערכנו מצאנו טרנספורטר ראשון להורמון ג'יברלין בצמחים. אנו מראים כי הטרנספורטר מתבטא בתאים ספציפיים בצמח וממוקם על ממברנת התא על מנת להכניס  (import)ולצבור ג'יברלין בתאים אלו. אנו מראים כי החלבון יכול להוביל ג'יברלין בצמחים וגם במערכות הטרולוגיותשל  Xenopus oocytes)ביציות צפרדעים(.

כיום, אנו משלבים גישות גנומיות של genome editing. גישות מתקדמות אלו מאפשרות להתמודד עם המורכבות של הגנום הצמחי על-ידי שינוי פעילות של קבוצות גנים שלמות ובכך לעזור לנו להבין את פעילותן. פגיעה בפעילות של 7 גנים בו זמנית ממשפחת הטרנספורטר לג'יברלין בעגבנייה מלמדת כי החלבונים הללו שמורים אבולוציונית וחשובים להתפתחות הצמח. היכולת שלנו כחוקרים היום לשלוט בצורה כה גבוהה בגנום הצמח מכילה פוטנציאל עצום להבנת מנגנונים מולקולריים בסיסיים ולשיפור תוצרת חקלאית בעתיד.

להרשמה לחץ כאן


יצירת תאי גזע מושרים לשימוש ברפואה רגנרטיבית

  יוסי בוגנים

ד"ר בוגנים הינו מדען צעיר ומבטיח שהצטרף לאחרונה למחלקה לביולוגיה מולקולרית וחקר הסרטן באוניברסיטה העברית בקמפוס עין כרם. את לימודי התואר הראשון והשני בוגנים ביצע באוניברסיטת בר אילן בנושא ביולוגיה התפתחותית ואז המשיך את לימודי הדוקטורט במכון ויצמן בהם התמקד בחקר הסרטן. את הכשרתו בתאי גזע עובריים ובתהליך התכנות מחדש על ידי הכנסת מספר גני מפתח בוגנים רכש  במכון המחקר MIT שבבוסטון במעבדתו של פרופסור רודוף יאניש, אחד מהמדענים המובילים בעולם בנושאים אילו. דר. בוגנים זכה בפרסים בינלאומיים וארציים רבים במהלך הכשרתו המדעית,כדוגמת Boyalife prize for regenerative Medicine   מחברת הביוטק הסינית Boyalife ביחד עם העיתון המדעי היוקרתי Scienceו KY Cha awardfor reproductive medicine מאיגוד הפיריון האמריקאי, וכיום נמנה בין המדענים המובילים בתחומו. בנוסף דוקטור בוגנים משמש כיועץ בחברות ביוטק לדוגמת BelongTail, אפליקציה חכמה לניהול מחלת הסרטן, ובעל מספר פטנטים.

 

רפואה רגנרטיבית היא תחום חדש ומתפתח שמטרתו החלפת רקמות/איברים או תאים שנפגעו על ידי השתלת תאים יעודיים. לתאי גזע עובריים יש פוטנציאל אדיר בתחום זה מכיוון שהם מסוגלים להתמיין לכל סוגי התאים בגוף האדם. אך, בעיות אתיות הכרוכות ב"הריגת עובר אדם" ודחיית התאים על ידי מערכת החיסון של החולה הם שני מכשולים שמונעים את שימושם המיידי ברפואה. ב 2006 חוקרים יפניים גילו כי ניתן לעשות תכנות מחדש של תאים בוגרים ולאחזירם לשלב העוברי. תאים אילו נקראיםתאי גזע עובריים מושרים, ומהווים פיתרון לשתי בעיות אילו. בנוסף, תאים אילו מהוים בסיס טוב למידול מחלות ומציאת תרופות מכיוון שניתן להפיקם מחולים שונים וממחלות שונות (פרקינסון, אלצהימר, ALS ועוד...). למרות הפוטנציאל העצום הגלום בתאים אילו,איכות התאים(תיפקודית ובטיחותית) עדין לא מספקת בכדי להשתמש בהם בקליניקה ויש צורך למצוא את הפרוטוקול הטוב ביותר שיאפשר יצור תאי גזע מושריים איכותיים שלא יהוו סכנה עתידית לחולה.

 

שני פרויקטים מרכזיים במעבדתי מתמקדים בנושא זה ומהווים פריצת דרך משמעותית בתחום הרפואה הרגנרטיבית והשתלות וזכו להדים רבים בעולם.

 

פרויקט א

על מנת לשפר את איכות תאי הגזע העוברים המושרים עקבנו אחרי תהליך התכנות מחדש וביצענו אנליזות ביואינפורמטיות רבות בכדי למצוא את גני המפתח הטובים ביותר. אנליזות אילו הצביעו על ארבעה גני מפתח חדשים המסוגלים ליצור תאי גזע מושריים מתאי עור האיכותיים בהרבה מאותם תאי גזע מושרים המשמשים כיום. תאים אילו שנוצרו במעבדתי (במקרה זה תאי עכבר) מסוגלים לשכפל (cloning) עכבר שלם באחוזים הגבוהים בהרבה (80%) מאותם תאי גזע מושרים ששאר העולם משתמש (30%). מבחן זה מהווה המבחן החשוב ביותר לאיכות התאים.

 

פרויקט ב

נשים רבות סובלות מהפלות חוזרות ונשנות (Recurrent miscarriage)  ומהתפתחות לא תקינה של השלייה הגורמת לעיכוב בגדילת העובר (Fetal growth restriction) הגורמת במקרים קשים ללדת ילדים עם פיגור שכלי.

במעבדתי מצאנו את גני המפתח של תאי גזע שלייתים (תאי הגזע שיוצרים את השלייה במהלך יצירת העובר) וכאשר ביטאנו אותם בעודף בתאי עור, יצרנו תאי גזע שלייתים מושרים. תאים אילו ניראו והתנהגו כמו תאי גזע שליתיים טבעיים. במבחני איכות שונים תאים אילו הראו יכולת יצירת  תאי שלייה שונים הן בצלחת פטרי והן בתוך שלייה מתפתחת בעקבות השתלה.

לתאים אילו פוטנציאל אדיר לשימוש ברפואה רגנרטיבית במקרים של בעיות בתיפקודי שלייה.

הצלחת פרויקט זה תביא סיכוי לנשים עם בעיות שלייתיות ללדת ילדים בריאים ואף להציל הריונות בעלי סיכון בעקבות אי תפקוד שלייתי.

 

חשוב לציין שאלטרנטיבה אחרת לא קיימת היום כי אין יכולת לבודד תאי שלייה הומניים טבעיים עם הידע שקיים כיום.

 

נוסף לזה, תאיגזע שלייתים מושרים אילו הינם התאים היציבים היחידים (מלבד תאי גזע עובריים מושרים) הנמצאים היום במדע, שזהו אינדיקטור חשוב מאוד ביכולת התאים המושרים לחקות את פעולתם של התאים הטבעיים.

 

שימוש בתאים אילו כמעט ואינו מסוכן או בעייתי מכיוון שתאים אילו, בניגוד לתאי גזע עובריים מושרים, אינם עוברים אינטגרציהבתאי העובר.

 

הסתכלות עתידית

מלבד יצירת תאים יעודיים (לדוגמת תאי עצב לחולי פרקינסון, ALS ואלציהמר) מתאי עור של החולה עצמו אחת מהאפשרויות העתידיות לשימוש בתאי גזע מושריים אילו (באם תעבור את ועדות האתיקה) היא יצירת איברים שלמים (דוגמת לב, כבד, כליות) בתוך חית מודל מתאימה (לדוגמא חזיר) כאשר המקור של התאים עצמם מגיע מתאי העור של החולה עצמו.

להרשמה לחץ כאן

 


כלים קוונטיים בחישה, סימולציה ואינפורמציה

ניר בר-גיל

מטרות המחקר של ניר הן יצירת פלטפורמה חדשה למחקר בסיסי במדע קוונטי וליישומים אינטרדיסציפלינריים. ניר חוקר את מרכזי הצבע חנקן-חור (NV) ביהלום, המשמשים כאבני בניין לעיבוד מידע קוונטי, סימולציות קוונטיות וחישה קוונטית. מחקרו מתמקד בשלושת הכיוונים הנ"ל באמצעות פלטפורמת ה-NV ביהלום, כמפורט להלן.

בהקשר של אבני בניין לאינפורמציה קוונטית, בשנים האחרונות זוהו מרכזי ה-NV ביהלום כספינים קוונטיים ייחודיים דמויי-אטומים במצב המוצק, בהם ניתן לשלוט בצורה יוצאת דופן באמצעות אופטיקה וגלי מיקרו. תכונות ייחודיות אלה קידמו את התחום משמעותית והובילו לתוצאות מרשימות, ביניהן ההדגמה שביצע ניר בה נמדד זמן קוהרנטיות המתקרב לשנייה אחת. הישגים אלה מציבים את מרכזי ה-NV כמימוש פיסיקלי מוביל ליישומים באינפורמציה קוונטית. ניר מתמקד בהרחבת היכולות הקיימות באמצעות טכניקות שליטה מתקדמות ואופטימליות. בהתבסס על כך, הוא מתקדם להשגת אוסף מרכזי NV המאפשר אינטראקציות קוהרנטיות מהירות (ביחס לזמן הקוהרנטיות של מרכזי ה-NV), בו ניתן יהיה ליצור מצבים בעלי שזירות קוונטית משמעותית, כגון מצבים לחוצי-ספין, הרלוונטיים לזיכרונות קוונטיים ומטרולוגיה קוונטית.

ככיוון נוסף המתבסס על אבני הבניין הקוונטיות הנ"ל, ניר מקדם ארכיטקטורה חדשנית ליצירת סימולטורים קוונטיים סילומיים ביהלום. קבוצתו נמצאת בחזית המחקר בתחום זה, ושוקדת על גישות היברידיות המקשרות ריאליזציות פיסיקליות שונות (ביניהן מערכות מצב מוצק, פוטוניות ואטומיות). ספציפית, ניר מפתח רשת ספינים קוונטיים עם מספר רב של ספינים אליהם ניתן לגשת באופן פרטני (אופטית), המצומדים דרך מבנים על-מוליכים. מחקר זה יכול להוביל למערכת אוניברסלית וסקיילבילית לסימולציות ומחשוב קוונטי, שתבחן שאלות פתוחות הקשורות למערכות ספין מתוסכלות, קודים משטחיים, דינמיקה דיסיפטיבית של מערכות קוונטיות מרובות חלקיקים והשפעה של אי-סדר על פאזות קוונטיות וטופולוגיות.

כיוון אחר עליו שוקד ניר הוא שימוש בהתקני יהלום כחיישנים קוונטיים, ובפרט כחיישנים מגנטיים, והטמעת טכנולוגיה חדשה זו בתחומי מדע שונים, הכוללים פיסיקה, ביולוגיה ומדעי כדור-הארץ. כדוגמה, הוא משתף פעולה עם ד"ר רון שער מהמכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית, במחקר של חתימות מגנטיות של דגימות אבנים ומינרלים, מתוך מטרה להבין לעומק את הפיסיקה של תהליך המיגנוט. מדידות אלה יספקו מידע אקלימי בטווח זמנים רחב (של עשרות אלפי שנים) שאינו זמין בשיטות אחרות, ויכול לתרום להבנת בעיות לא פתורות בהקשר של התחממות גלובלית.

ניר גם משתף פעולה עם פרופ' שטפן הל, ממכון מקס פלנק בגוטינגן, גרמניה, ליצירת מיקרוסקופ סופר-רזולוציה מבוסס NV בעל שתי-קרניים (המשתמש בשיטה אותה המציא פרופ' הל: STED – Stimulated Emission Depletion microscopy), ויאפשר מדידות עירור-חישה בסקלה ננומטרית. גישה זו תוכל לחשוף מידע חדש על תכונות מגנטיות ודינמיקה ספינית של מערכות חומר מעובה, כגון מדידות של סוספטיביליות ספין של גרפן וחומרי ון-דר-וולס שונים (למשל מבודדים טופולוגיים).

מעבר לכך, ניר מקדם פיתוח של מכשיר MRI (דימות מגנטי) ננומטרי, שיוכל לתרום נדבך נוסף לטכנולוגיות הקיימות, ויהווה אלטרנטיבה זולה, ניידת אך רגישה, שתתאים למגוון תרחישים רפואיים, ולסיטואציות בהם מכונות MRI רגילות אינן זמינות, כגון במדינות עולם שלישי ובטיפולים בשטח.

להרשמה לחץ כאן


 רעיונות תרמודנמיים חדשים  להמרת אנרגיה סולארית לחשמלית

כרמל רוטשילד

אב ליעל סול ויותם, ונשוי לשרה.

מאחר והאירוע מיועד לתיכוניסטים, אז חשוב שתדעו שבתיכון הייתי היפר-אקטיבי אם הפרעות קשב וריכוז, עד שבצבא נרגעתי. 

בגיל  26 (מאוחר מאד), התחלתי את למודי לתואר ראשון בהנדסה אופטית כחלק מפקולטה להנדסת מכונות. בהמשך למדתי לדוקטורט בפקולטה לפיסיקה בטכניון אצל פרופ' מוטי שגב, ופוסט-דוקטורט בפקולטה להנדסת חשמל ב-MIT. לפני כחמש שנים חזרתי כחבר סגל לפקולטה להנדסה מכנית בטכניון להוביל את הנדסת האופטיקה לצד פרופ' ארז חסמן וטל כרמון. במקביל לתפקיד זה אני גם יזמתי סטרט-אפ ‘Realview-imaging’  אשר מוביל את עולם ההולוגרפיה הדיגיטלית לתצוגות תלת ממדיות.

מחקרי בטכניון (בעצם מחקרם של הסטודנטים בהנחייתי שמבצעים את רוב העבודה) הוא בתחום תרמודינאמיקה של קרינה. האפליקציה העיקריות שאנו מכוונים אליה הם אנרגיה סולרית יעילה וההתקנים שאנו בונים מבוססים ננו-טכנולוגיה.

בתחום שלנו ידוע התיאור של קרינה תרמית (קרינת פלאנק, קרינת גוף שחור), וגם ידוע התיאור של קרינה לא תרמית (פוטולומינסנס או LED) אבל השאלה הבסיסית: מה אופי הקרינה הלא-תרמית כאשר האנרגיה התרמית משמעותית נשארה פתוחה. על פי פלאנק, העלאת הטמפרטורה גוררת קרינה מוגברת בכל אורך גל. אנו גילינו שבקרינה לא-תרמית שתף הפוטונים נשמר כשמעלים את הטמפרטורה אך כל פוטון מקבל יותר אנרגיה (הסחה לכחול). למעשה גלינו שפליטה לא תרמית היא משאבת חום הדומה לתהליכים של קירור קרינתי. הראינו גם שקרינה לא-תרמית המגיעה לטמפרטורה קריטית הופכת לקרינה תרמית בצורה מידית, הדומה למעבר פאזה

גילוי זה משמעותי לתאים סולריים שחצי מהאנרגיה הנבלעת מקרינת השמש נאבדת לחום. הראינו שבתהליך של בליעת אור השמש ע"י חומר שפולט את האור בחזרה (פוטולומינסנס),  הפליטה של האור מכילה את איבודי החום, ויכולה להיקלט ע"י תא השמש ביעילות כפולה מאשר בליעה ישירה של אור השמש. הראינו תיאורית איך עיקרון זה מעלה את היעילות המקסימלית האפשרית לתאי שמש מ41% ל70%, בנוסף הראינו ניסויית שניתן באמצעים הקיימים היום להשיג 45% יעילות המרה לחשמל, לעומת 30% שניתן להשיג היום.

המחקר הנ"ל ממומן ע"י האיחוד הארופאי (ERC), המאמר שמציג את הוכחת היתכנות הוכתר ע"י האגודה האמריקאית לאופטיקה (OSA) כמאמר החשוב ביותר באנרגיה סולרית ל-2016. המטרה שלנו בשלוש שנים הבאות הינו להדגים התקן בעל יעילות המרה של מעל 30%, דבר שעשוי להשפיע על שוק האנרגיה הסולרית העולמי.

אני רוצה בהזדמנות זו להודות לקרן קריל על הבעת האמון במחקריי. הבעת אמון זו נותנת בי בטחון וכוח להמשיך ולהתאמץ על מנת להיות מרכז מידע עולמי בתחום חשוב זה.

להרשמה לחץ כאן


ננו-תרופות מותאמות אישית לטיפול בסרטן

אבי שרודר

בחירת התרופה המתאימה ביותר לכל חולה סרטן הינה המטרה של רפואה מותאמת אישית. למרות הצורך, כמחצית מהחולים עדיין מטופלים בתרופה אשר אינה יעילה עבורם, שגורמת לאיבוד זמן יקר, החמרה במצב המחלה, ולתופעות לוואי. במחקר שהובלנו, שילבנו עקרונות של רפואה וננו-טכנולוגיה כדי לסייע לחולי סרטן ולמטפלים לבחור את התרופה המתאימה ביותר לכל חולה. למעשה, אנו מבצעים מעין 'בדיקת אלרגיה' בטוחה, בגוף החולה, שבוחנת איזו תרופה יעילה ביותר עבור כל חולה וחולה באופן אישי.

במעבדה פיתחנו ננו-חלקיקים שמאפשרים לחזות איזו תרופה, או שילוב של תרופות, מתאימה ביותר לכל חולה סרטן. הטכנולוגיה סורקת בתוך הגוף של החולה מגוון רחב של תרופות בו-זמנית מבלי לסכן את החולה (בדומה לבדיקת אלרגיה). השימוש בננו-טכנולוגיה מקנה רמת דיוק גבוההומאפשרת להתאים טיפול אפילו לסוג תאים ספציפי, על פי הצורך הרפואי. הטכנולוגיה נועדה לסייע לרופא\ה בבחירת הטיפול המתאים תוך שבוע ימים – על מנת שניתן יהיה להתחיל מוקדם ככל האפשר בטיפול יעיל.

כל ננו-חלקיק מכיל מינון מזערי של תרופה, ברקוד ספציפי המשויך לתרופה, וסמן פלורסנטי למעקב אחר החלקיקים. את החלקיקים מזריקים לזרם הדם והם מאתרים וחודרים לתאים הסרטניים בגוף. לאחר יומיים, נלקחת ביופסיה מהגידול. תאי הגידול ממוינים על פי סוג התא ועל פי הפעילות הרפואית של התרופה,ועל סמך התוצאות נבחרת התרופה.

שיטה זו תסייע לרופאים לבחור את הטיפול המתאים ביותר לחולי סרטן ותשפר את ההתמודדות עם המחלה ואיכות חייהם.

 

דר' אבי שרודר הינו חבר סגל בפקולטה להנדסה כימית בטכניון, בה הקים את המעבדה לתרופות ממוקדות מטרה וטכנולוגיות רפואה אישית. קבוצת המחקר בראשותו מתמקדת בפיתוח מערכות ננו-טכנולוגיות לטיפול בצרכים רפואיים, תוך התמקדות במחלת הסרטן.

אבי ביצע את מחקר הפוסטדוקטורט במכון הטכנולוגי של מסצו'סטס (MIT), ואת מחקר הדוקטורט באוניברסיטה העברית ובאוניברסיטת בן-גוריון.

אבי זכה במעל 20 פרסים לאומיים ובין-לאומיים, הינו מלגאי חורב – למנהיגים במדע ובטכנולוגיה, מלגאי אלון – למדענים צעירים מבטיחים, בעבר, זכה בין היתר, בפרס אינטל בתחום הננוטכנולוגיה, פרס קרן וולף לתלמידי תואר שלישי, והינו חבר ב- Kavli Distinguished Young Scientists Symposia.

אבי הינו מחבר של מעל 30 מאמרים, ממציא של 14 פטנטים, ושותף בהקמת חברות הזנק בתחום הביוטכנולוגיה והתרופות המבוססות על מחקרים אלו.

להרשמה לחץ כאן


מנגנונים פיסיולוגיים של תקשורת המוח ומערכת החיסון

אסיה רולס

הקשר ההדוק בין פעילות המוח ותפקוד מערכת החיסון, מוכר לנו היטב מחיי היומיום. מצבים רגשיים יכולים להשפיע על יכולתה של מערכת החיסון להילחם בגורמים זרים ולשמור על תפקודו התקין של הגוף. כך למשל,  מצבי דחק יכולים לעורר רגישות מוגברת למחלות. מאידך, מצבו הבריאותי של אדם המקבל כדור דמה, כחלק מקבוצת הפלסבו יכול להשתפר מעצם הצפייה לשיפור. לומרות שקיימים מחקרים אפידמיולוגיים רבים המבססים את הקשר בין המימד הפסיכולוגי של אדם לבין מצבו הבריאותי, עד כה, איננו מבינים כיצד הקשר הזה נוצר ומהם המנגנונים הפיזיולוגייםהעומדים מאחורי הקשר הזה. לכן, איננו יודעים כיצד לנצל את הפוטנציאל הרפואי הטמון במוח להשפיע על מערכת החיסון כדי לרפא.

במעבדתנו אנו מנסים להבין את המנגנונים הפיזיולוגייםהמאפשרים את הקשר בין שתי המערכות. אנו מעריכים כי כאשר נבין כיצד המוח מתקשר עם מערכת החיסון, יפתח בפינו עולם חדש של אפשרויות לבקר את מערכת החיסון, להשפיע עליה ולחזק את פעילותה באופן מדויק וממוקד.

בבסיס העבודה שלנו עומדת ההנחה שכל התהליכים הרגשיים והתבוניים שלנו, מתבטאים בפעילות מסוימת במוח. לכן, כדי להבין את ההשפעה של פעילות מוחית מסוימת על מערכת החיסון אנו משתמשים בטכנולוגיות אשר מאפשרות לנו להפעיל באופן ממוקד באופן הנתון לשליטתנו, תאי עצב במוח. כך, אנחנו יכולים להגדיר מערכות יחסים סיבתיות בין שתי המערכות. כלומר, אנו יכולים להפעיל אזור מסוים במוח ולקשור את פעילותו באופן ישיר עם שינוי מוגדר במערכת החיסון. אחר כך, אנחנו יכולים להשתמש בשיטות מיפוי מדויקות כדי להגדיר את מהלך המסר מהמוח למערכת החיסון, למשל, דרך מערכת העצבים הפריפריאלית.

לאחרונה יישמנו גישה זו כדי לבחון את השפעתו של אזור מוח המופעל במהלך פלסבו, מערכת התגמול, על פעילות מערכת החיסון ועל היכולת להתמודד עם חיידקים. מערכת התגמול, היא מערכת במוח אשר מופעלת בזמן ציפייה לתגמול חיובי. במקרה של הפלסבו, הציפייה של החולה לשיפור בריאותי. אנו ריצינו לבדוק האם הפעלה של מערכת התגמול יכולה להוביל לשינוי במערכת החיסון. בניסוי שבוצע בעכברים הראנו יחד עם דר' שי שנאור מהטכניון, שהפעלה של מערכת התגמול הובילה לחיזוק יכולת התגובה של מערכת החיסון כנגד חיידקים ואף יצרה זכרון חיסוני חזק יותר. אנו משערים שהחיבור בין שתי המערכות הוא בעל ערך אבולציוני משום ששתי החוויות שידוע שהן מפעילות את מערכת התגמול הן אכילה ופעילות מינית. אומנם, אלה הן גם פעולות החושפות את האורגניזם לפתוגנים ולכן, מעמידות אותו בסכנה. לכן, מבחינה אבולציונית, החיבור בין הפעלה של מערכת התגמול לשיפעול של מערכת החיסון, מהווה יתרון הישרדותי.

הראינו כי הקישור בין פעילות ערכת התגמול במוח ומערכת החיסון מתווך על ידי מערכת העצבים הסימפטטית שהינה מערכת עצבים הנשלטת על ידי המוח ומעצבבת את כל האיברים של מערכת החיסון. ברור לנו שאנו עומדים רק בפיתחה של ההבנה על מרחב ההשפעות של מערכת העצבים הסימפטטית ושאר מערכות העצבים והמערכת ההורמונלית על תפקוד מרכת החיסון. עתה בשיטות חדשות שפיתחנו במעבדה, אנו יכולים למדוד באופן ישיר השפעה זו במטרה למצוא שיטות חדשות לנווט את מערכת החיסון. 

מחקר זה הוא מחקר בסיסי אשר מטרתו היא להגדיר את גבולות הקשר בין המוח ומערכת החיסון שבהיבט הפילוסופי שלו, עוסק בבסיס הפיסיולוגי לקשר בין הנפש-לגוף.

להרשמה לחץ כאן


קריפטוגרפיה מתקדמת באמצעות מחקר בסיסי

צביקה ברקרסקי

 

האם ניתן לייצא את כל המשימות החישוביות שלנו לשרת ענן מרוחק תוך שמירה על פרטיות המידע, אפילו מפני הענן עצמו? האם ניתן לערבל תוכניות מחשב בצורה שמסתירה לחלוטין את אופן פעולתן, אך לא פוגעת בפונקציונליות? האם ניתן לאפשר לצד שלישי (כגון חברה מסחרית או גוף ממשלתי) גישה לנתונים פרטיים ויחד עם זאת להבטיח באופן מתמטי שהנתונים הללו יכולים לשמש רק למטרות שלשמן הן נועדו? שאלות אלה ודומות להן הופכות משמעותיות בתקופה בה האנושות הופכת לתלויה יותר ויותר בנתונים המעובדים על ידי אלגוריתמים לא מקומיים. במקרים רבים, נראה שתועלת הכלל ואף רווחת היחיד מנוגדת לשמירה על הפרטיות. המחקר שלי מתמקד בפיתוח כלים קריפטוגרפיים חדשים על מנת למתן את הניגוד בין תועלת לבין פרטיות, באמצעות מחקר בסיסי של התכונות החישוביות של מבנים מתמטיים.

חזית המחקר הקריפטוגרפי מעלה כי למרות האופי הפרדוקסלי של הדרישות לעיל, רבות מהן ניתנות להשגה באמצעות מבנים קריפטוגרפיים חדשים. בפרט תוך הסתמכות על הקושי החישובי של פתרון בעיות חישוביות על סריגים בדידים במרחבים ממעלה גבוהה.

אחד ממוקדי המחקר שלי הוא הצפנה הומומורפית לחלוטין, צורת הצפנה המאפשרת חישוב על מידע מוצפן ללא צורך לפענח אותו תחילה וללא דליפת מידע במהלך החישוב. זהו למעשה מענה לשאלה הראשונה לעיל. המחקר שלי בתחום זה הראה כי ניתן לבנות סכמות הצפנה כאלה באותה רמת בטיחות של סכמות הצפנה ״פשוטות״ (לא הומומורפיות), אך זהו רק שער לעולם חדש ומרתק של יישומים קריפטוגרפיים.

המשימה המרכזית במאמץ המחקרי היא ביסוס כלים קריפטוגרפיים התומכים ביישומים בללו וחקר התשתית המתמטית והחישובית המושלת בקשר שבין פרטיות לפונקציונליות. לצורך זה סימנתי לעצמי שתי מטרות על: מציאת המבנים הפשוטים ביותר האפשריים אשר מסוגלים לתמוך בתכונות הפרטיות והפונקציונליות הנדרשות, ונסיון לאחד את ההבנה של היבטים שונים בתיאוריה הקריפטוגרפית כפנים של תופעה אחת (או מספר קטן של תופעות). אלו הן מטרות תיאורטיות אך הניסיון מראה שהעמקת ההבנה התיאורטית היא שמביאה לשיפורים גם ברמה המעשית. למשל ההצלחה בביסוס הצפנה הומומורפית על מבנים מתמטיים פשוטים הובילה לקפיצת מדרגה ביעילות ובבטיחות של המימושים הקיימים של סכמות כאלה.

מספר משמעותי של בעיות במחקר ההצפנה ההומומורפית עדיין פתוחות, והן מצטרפות לשאלות פתוחות רבות מאוד הנוגעות לפיתוח כלי קריפטוגרפיים מתקדמים נוספים. לדוגמא מערכות הצפנה המאפשרות גישה מותנית לנתונים מוצפנים (הצפנה מבוססת הרשאות), מחקר ״מעמעמי תוכניות״ אשר מאפשרים ״להצפין״ תוכנית מחשב כך שהיא עדיין ניתנת להרצה אך לא מאפשרת ״הנדסה לאחור״. רמת ההבנה של כלים אלו משתנה ובמקרים מסוימים כלל לא ברור האם אוסף התכונות הרצויות יכול להתקיים בעת ובעונה אחת.

המחקר הקריפטוגרפי מוביל אותנו פעם אחר פעם לחקר התכונות המתמטיות והחישוביות של סריגים בדידים במרחבים ממעלה גבוהה. באופן אינטואיטיבי, ניתן לדמיין סריגים אלה כרשת מחזורית אינסופית של נקודות המשוכנות במרחב ממעלה גבוהה (מימד של מספר אלפים ומעלה). מתברר שניתן לשלב מידע בסריגים הללו באופן שקשה לאחזור באופן חישובי, אך בכל זאת מאפשר עיבוד. ניתן לרתום את התכונות הללו ליצירת סכמות קריפטוגרפיות בעלות פונקציונליות עשירה ורמת בטיחות גבוהה. מעניין לציין כי סכמות קריפטוגרפיות המבוססות על סריגים חסינות, ככל הידוע למדע כיום, גם מפני התקפות באמצעות מחשבים קוונטיים, בעוד סכמות קריפטורפיות קלאסיות אינן עמידות בפני התקפות כאלה. מחקר הקריפטוגפיה מבוססת הסריגים צעיר יחסית ופיסות רבות של הפאזל המדעי בתחום זה עדיין חסרות וממתינות למענה.

צביקה ברקרסקי: בוגר תואר ראשון בהנדסת חשמל ומדעי המחשב מאוניברסיטת תל אביב (1997-2001) ותואר שני בהנדסת חשמל - מערכות מאוניברסיטת תל אביב (2001-2002) בהנחיית פרופ׳ בועז פת-שמיר. דוקטורט במדעי המחשב במכון ויצמן (2008-2011) בהנחיית פרופ׳ שפי גולדווסר. פוסט-דוקטורט באוניברסיטת סטנפורד (2011-2013). מכהן כחבר סגל במכון ויצמן מאז 2013.

 

להרשמה לחץ כאן


תשתיות בסיס לעיבוד אוטומטי של שפות טבעיות

יואב גולדברג

אני עובד על פיתוח שיטות -- (Natural Language Processing, NLP) תחום המחקר שלי הנו עיבוד שפות טבעיות אוטומטיות (אלגוריתמים) ליצירה ולהבנה של טקסטים בשפות אנושיות על ידי מחשבים. היכולת השפתית הנה רכיב בסיסי ומרכזי בבינה האנושית, וניתן לומר שהיא מה שמפריד בין בני האדם לבין שאר היצורים החיים. השפה הנה חיונית לתקשורת, היא מאפשרת העברה של רעיונות ומידע בין אנשים שונים, ואת שימורם של רעיונות ומידע לאורך זמן. בעידן הדיגיטלי, קיים גידול חסר תקדים בכמות המידע שנוצר, נאגר ונצרך על ידי יחידים, ארגונים וחברות, במדיום כתוב או מדובר. מציאת דרכים אפקטיביות לתיעול וטיוב כמויות המידע העצומות האלו כדי לזקק מהן תובנות, לזהות צרכים ולהציע פתרונות הנה אחת הבעיות הבסיסיות של עידן המידע. בעשורים האחרונים חלה התקדמות עצומה בטכנולוגיה המאפשרת עיבוד אוטומטי של טקסטים בשפה אנושית, והיא נמצאת בשימוש יום-יומי. טכנולוגיות עיבוד שפה משמשות כבר כיום כדי לשבור מחסומי שפה (תרגום אוטומטי), למצוא מידע רלוונטי (מנועי חיפוש), ולארגן ולסכם כמויות גדולות של מידע טקסטואלי לצורה הנוחה יותר לצריכה (סיכום אוטומטי, מיצוי מידע). למרות ההתקדמות העצומה, בעיית עיבוד השפה הטבעית רחוקה מלהיות פתורה, בפרט כשמתרחקים מסוגי הטקסטים שהמערכות מכירות היטב (בעיקר טקסטים חדשותיים ערוכים היטב בשפה האנגלית) ומנסים לנתח טקסטים בסגנונות שונים או שפות שונות. היכולת של המערכות להתמודד עם טקסטים משפטיים, טקסטים מדעיים, טקסטים ספרותיים או אפילו טקסטים בשפה ״יומיומית״ ברשתות חברתיות הנה מוגבלת ביותר. כך גם היכולת שלהן להתמודד עם מרבית שפות העולם, המתאפיינות בתכונות לשוניות שונות ומורכבות יותר מזו של השפה האנגלית, כגון מערכות הטיות מורפולוגית מורכבות, מערכות כתיב ייחודיות, וסדר מילים גמיש.

 

המחקר שלי מתמקד באבני הבניין של ניתוח ויצירת שפה. אלו הן התשתיות האלגוריתמיות שהתהליכים המבוצעים על ידי מערכות הבנת שפה כגון אלו שהוזכרו מעלה (תרגום, סיכום, חיפוש, מענה על שאלות, ועוד) מסתמכים עליהן. בין אבני הבניין האלו מצויים כלים למידול התהליכים לפיהם אותיות מתרכבות לכדי מילים (מורפולוגיה); כלים חישוביים לייצוג ו״הבנה״ של המשמעות של מילים (סמנטיקה לקסיקלית); הבנת החוקיות בה מילים מתחברות לפסוקיות ופסוקיות למשפטים (תחביר); וכיצד ניתן להפוך את התהליך הזה ולהסיק את מבנה המשפט מתוך המילים המרכיבות אותו (ניתוח תחבירי). אמחיש את המורכבות הכרוכה בעיבוד ממוחשב של שפה אנושית על ידי דוגמה. נתבונן במשפט: ״ לאחר מקלחת הבוקר התיישב דן על ספסל בצל עץ התות ונרדם״. לכאורה משפט פשוט, בעל פרוש חד משמעי. האמנם? מה לגבי רצף האותיות ״בצל״? ברור לקורא כי מדובר בצלם של העצים, אולם אותו הרצף יכול לייצג גם שם של ירק. ברור לקורא כי אדם בשם דן ״התיישב ונרדם״, כלומר כי וו-החיבור מחברת את המילה ״נרדם״ לביטוי ״התיישב על ספסל בצל עץ התות״. אולם כיצד אנו יודעים כי המילה ״ו״ לא מחברת את המילה ״נרדם״ עם המילה ״התות״? או את המילה ״נרדם״ עם הביטוי ״בצל עץ התות״? כיצד אנו יודעים כי ״דן״ הינו שם של אדם, ולא פועל (כפי ששופט דן את הנאשם)? מבחינה תחבירית, הביטוי ״ספסל בצל עץ התות״ ניתן לניתוח הדומה לצירוף ״מנכל משרד ראש הממשלה״ כלומר ״הספסל של הבצל של עץ התות״, כשהמילה ״בצל״ משמשת במבנה סמיכות. כיצד אנו יודעים שזהו לא הניתוח הנכון עבור משפט זה? עד כה התייחסנו למילה ״נרדם״ כפועל ביחיד בזמן עבר. כיצד ידענו שלא מדובר בפועל ברבים בזמן עתיד (אנחנו נרדם מוקדם הלילה). כיצד אנו יודעים כי ״מקלחת הבוקר״ אינה מקלחתו של קאובוי? המילה ״לאחר״ משמשת כאן כמילת יחס לתיאור זמן, אולם יכולה להתפרש גם כ״עבור מישהו אחר״ (הוא נתן את ארוחתו לאחר) וכ״הגעה באיחור״ (הוא נוטה לאחר). ״לאחר מקלחת הבוקר״ יכול להתפרש כ״למשהו אחר מהקלחת של הקאובוי״. ועוד ועוד.

 

כשאנו קוראים משפט, אנו מתמקדים באופן אוטומטי בפירוש הנכון שלו, ותופסים אותו כאילו היה לו פירוש יחיד. אולם, כמעט כל רכיב בכמעט כל משפט ניתן לניתוח באופנים שונים ומשונים. מוחנו פוסל את הניתוחים הלא נכונים באופן כמעט אוטומטי. מה הם החוקים לפיהם אנו פועלים כשאנו קוראים משפטים, והמאפשרים לנו להגיע לניתוח הנכון עבורם? וכיצד ניתן לגרום למחשב לבצע ניתוח דומה? הבנת החוקיות לפיה מורכבים משפטים בשפה אנושית והגדרת החוקים המתארים את החוקיות הזו מהווים אתגר עצום, שתחום ידע אקדמי שלם -- הבלשנות -- מוקדש למחקר שלו. יחד עם זאת, לבני אדם יש תפיסה אינטואטיבית טובה למדי של מבנה השפה, ואם נשאל אדם (אולי לאחר תקופת הכשרה מסויימת) מה הוא המבנה של משפט נתון, הוא יוכל בנקל לספק את התשובה. כך, במקום להסתמך על כתיבת חוקים, השיטות המודרניות בעיבוד שפה נסמכות על למידה סטטיסטית-אוטומטית מתוך דוגמאות. בני אדם מנתחים כמה אלפי משפטים ויוצרים ״דוגמאות״ לאופן בו נראה ניתוח נכון. לאחר מכן, אלגוריתמים ממוחשבים יעודיים מסתכלים על הדוגמאות האנושיות, מנתחים אותן, ולומדים מכך להסיק כיצד לנתח משפטים חדשים, שלא הופיעו בדוגמאות האימון. המחקר שלי משתמש בשיטות למידה כאלו, וכן מפתח שיטות למידה חדשות, היעודיות לתופעות הלשוניות אותן אנו מעוניינים למדל..(RNN) בשנים האחרונות אני משתמש בשיטות למידה מתחום רשתות-הנוירונים-העמוקות, ובפרט רשתות-נוירונים-רקורסיביות שיטות אלו מסוגלות לזהות תבניות עדינות ומורכבות ביותר ברצפי סמלים בעלי אורך משתנה (למשל מילים בשפה טבעית), והן בעלות יכולת הכללה גבוהה מאד. במעבדת המחקר שלי בבר אילן פותחו מספר רב של אלגוריתמים לעיבוד שפה העושים שימוש ברשתות כאלו, שמגיעים לתוצאות מרהיבות, ומסוגלים ללמוד מתוך כמות מידע קטנה יחסית, ותוך התערבות אנושית קטנה בסדרי גודל משהיה נדרש בעבר. החסרון העיקרי של שיטות אלו הוא שהן מתפקדות כ״קופסה שחורה״: הן מסוגלות ללמוד חוקיות מורכבת מאד, ולספק תשובות מדוייקות על סמך החוקיות שלמדו, אולם לא ניתן לדעת מה היא בדיוק החוקיות שנלמדה, ומדוע המערכת בחרה להחזיר תשובה זו ולא אחרת.

 

כיום, המחקר שלי מתמקד בשלושה כיוונים עיקריים: (א) פתרון בעיות נוספות בעיבוד שפה, בפרט בעיות של מילים חסרות, ויחסים בין מילים, הן בשפה האנגלית והן בשפה העברית ובשפות אחרות. (ב) כיצד ללמוד תוך שימוש בפחות דוגמאות, וכיצד להשתמש במשפטים לא מנותחים (הנמצאים בשפע) בנוסף למשפטים המנותחים (הדורשים ניתוח ידני) כדי לשפר את יכולת ההכללה של האלגוריתמים. בפרט אנו מתעניינים בשיפור הדיוק על סוגות טקסט שהאלגוריתמים הקיימים מתקשים בהם. (ג)הבנה טובה יותר של רשתות-ניורונים-רקורסיביות, מה הן מסוגלות ולא מסוגלות למדל, מה גבולות היכולת שלהן, וכיצד ניתן לחלץ מתוך הרשת את התבניות אותן למדה.

להרשמה - מלאו את הטופס הזה

 תגובות באתר
 תגובות בפייסבוק
מהנעשה בחמד''ע
פעילויות שונות
סמינרים למורים
תחרויות מדעיות
חדש בספרייה
מדע חישובי
תקצירי עבודות גמר של תלמידי מ"ח 2008
קישורים
moodle
webassign
מדע ושאר רוח - הבלוג האישי...
דבר דבור על אפניו - הבלוג ...
רשומות בפיזיקה עיונית - עו...
מידע אודות היסודות הכימיים
בלוגים
כניסה למערכת תקשוב אישי
שם
סיסמה
בניית אתרים
חמד"ע - מרכז לחינוך מדעי, תל אביב יפו (ע"ר). רחוב הפרדס 7, תל אביב, מיקוד 6424534. טלפון 03-5210800, פקס 03-5210810.
.Hemda - Center for Science Education 7 hapardess Street, Tel Aviv, IsraelZip Code 6424534. Tel 03-5210800, Fax 03-5210810