המחלקה למדעי הקוגניציה והמוח

​​​​המחלקה למדעי הקוגניציה והמוח מברכת את פרופ׳ אורן שריקי על זכייתו בפרס סגן הנשיא ודיקן למו"פ למחקר יישומי פורץ דרך, להוקרת פעילות מחקרית יישומית מצטיינת.​ הפרס ניתן על מגוון מ​חקרים יישומיים בתחום של טכנולוגיות מוחיות ועל יוזמות חינוכיות לקידום התחום, כגון הקמת האב נוירוטכנולוגיה וקורס קיץ בינלאומי.​

מחקר חדש טוען כי התפיסה שלנו את העולם אינה בהכרח בטוחה או מוחלטת כפי שחשבנו. מחקר פילוסופי משותף של פרופ' ניר פרסקו ​מהמחלקה למדעי הקוגניציה והמוח עם פרופ׳ מת׳או קולומבו, שביקר בשנה שעברה בישראל במסגרת גרנט ISF מבקר את התיזה הנקראת ׳ביטחון תפיסתי׳ (נשמע פחות מוצלח בעברית: Perceptual Confidence). לפי תיזה זו, חוויות תפיסתיות יכולות להיות הסתברותיות. כלומר: החוויה התפיסתית או תוכנה עשויים להיות בעלי אופי הסתברותי. תיזה זו זכתה להגנה מחד, וביקורת מאידך, על סמך מגוון טיעונים פנומנולוגיים, אפיסטמולוגיים, והסבריים. בעוד שאלו טיעונים טובים, אחד הפערים המרכזיים בהם הוא שהם מזניחים שאלה בסיסית למדי. האם חוויות תפיסתיות מקיימות את התנאים הפורמליים המגדירים את מושג ההסתברות שאליו מחויבת תיזת הביטחון התפיסתי? כלומר: בהנחה שאנו שוקלים ברצינות את האפשרות שתוכן החוויה התפיסתית הוא הסתברותי, האם חוויות תפיסתיות יכולות לקיים / מקיימות את התנאים הפורמליים הנדרשים בתיאוריות שונות של הסתברות?  במאמר הנוכחי, אנו מתמקדים בשאלה זו, שטרם נחקרה בספרות, ומשיבים באופן שלילי: חוויות תפיסתיות אינן מקיימות את התנאים הללו. ההשלכה של טענה זו היא כי ייחוסים של ביטחון תפיסתי אינם מוגדרים (well defined); ולכן, תיזת הביטחון התפיסתי היא שקרית.

​​The Zlotowski Center for Neuroscience congratulates the lab of Dr. Oren Shriki for winning two prizes in recent events: The poster "Modular Customizable Brain-Computer Interface for ALS Patients.pdf" won first place in the poster competition at the Israel Brain Tech meeting, which was held on March 11-12 in Tel-Aviv. The project was initiated and pursued by Yotam Luz from the lab of Maoz Shamir and his friend Gal Sont, who suffers from ALS. Gal is a computer programmer and he is writing substantial parts of the code for the project using a virtual keyboard and an eye tracking device.. In addition, The project "Mind over Mindstorms", in which the lab of Dr. Oren Shriki developed a brain-computer interface to control a Lego Mindstorms robot, won third place at The Brainihack Hackathon, which was held on March 13-14 in Tel-Aviv. The system allows the user to control left and right turns of a Lego robot by imagining left or right hand movements. The students who worked on the project are Eyal Zakkay (3rd year undergrad, Electrical Engineering) and Shaked Matar(2nd year undergrad, Cognitive and Brain Sciences). Their project was based on previous work in the lab by Dr. Amjad Abu-Rmileh and Eyal Zakkay. Here is a link to a short (<1 min) video showing Shaked controlling the robot: https://www.youtube.com/watch?v=TNO8KACEeQQ​

​​​​כדי לשכוח צריך לזכור מחקר חדש במעבדה לזכרון ושכחה בראשותה של ד"ר טליה שדה, מטיל ספק בטענה הגורפת שאנשים יכולים להחליש או אפילו למחוק זיכרונות לא רצויים על ידי הדחקה מכוונת בלבד. הדחקה מכוונת כזאת מודגמת בדרך כלל באמצעות פרדיגמת Think/No-Think, שבה המשתתפים נדרשים לשלוף פריטי יעד מסוימים ולהדחיק אחרים. אנו טוענים כי במקום הדחקה מכוונת, שכחה בפרדיגמה זו עשויה לשקף הדחקה לא-מכוונת של פריטי No-Think שנגרמת כתוצאה מהפרעה באמצעות שליפה מוקדמת של פריטי Think. כדי להבחין בין האפשרויות הללו, בדקנו את המשתתפים באמצעות פרדיגמת Think/No-Think, שלא כללה את תנאי ה-Think והשווינו אותה עם פרדיגמת ה- Think/No-Think הסטנדרטית. מצאנו דיכוי רק בפרדיגמה הסטנדרטית. תוצאות אלו מצביעות על כך שהפרעה באמצעות שליפה מוקדמת נחוצה כדי לגרום לשכחה. הבנת מנגנוני השכחה המכוונת היא חשובה מכיוון ששכחה היא תהליך חיוני לרווחה הקוגניטיבית והרגשית שלנו. לפיכך, שכחה חיונית עבור (א) אסטרטגיות ויסות זיכרון אצל אנשים בריאים ו-(ב) פיתוח טיפולים להפרעות נפשיות הכוללות ויסות זיכרון, כגון הפרעת דחק פוסט טראומטית ודיכאון. המחקר בוצע על ידי הסטודנטים אדם סינגר​ מהמחלקה למדעי הקוגניציה והמוח, שירה דרחי מהמחלקה לפסיכולוגיה, בהנחיית ד"ר טליה שדה, ראש המעבדה לזכרון ושכחה במחלקה למדעי הקוגניציה והמוח ופרופ' דניאל לוי מאוניברסיטת רייכמן.

​​​​​המאמר הנוכחי, בשיתוף פעולה עם ד״ר לוטם אלבר-דורוז׳קו (בוגרת ELSC באונ׳ העברית) מבקר את מסגרת העיבוד הניבואי (Predictive Processing)—מסגרת תיאורטית נפוצה במדעי המוח הקוגניטיביים. לפי מסגרת זו, המוח הוא מכונת היסק בייסיאני, שתפקידה העיקרי הוא לפתח מודל גנרטיבי התואם ביותר את הקלט החושי מהעולם. המוח עושה זאת ע״י בניית מודלים היררכיים של המבנה הסיבתי של הסביבה, ומזעור ההבדלים בין התחזיות של המודל לקלטים החושיים ע״פ כלל בייס (Bayes rule). מסגרת העיבוד הניבואי מתיימרת לספק הסבר אחיד ושיטתי של תופעות קוגניטיביות בהתבסס על שימוש במנגנון היסק בייסיאני היררכי בלבד. כלל בייס מאפשר השוואה של השערות שונות על פי ההסתברויות הקודמות (priors) והצלחה בחיזוי קלטים חושיים חדשים. אך כלל זה אינו מציין כיצד השערות חדשות נוצרות. בהינתן שיצירת השערות חדשות מהווה יסוד להסקת מסקנות, מסגרת הסברית זו ניצבת בפני אתגר בסיסי: 'כיצד השערות חדשות יכולות להיווצר?’. ע״י בחינת שתי מסגרות מידול (modelling frameworks) עיקריות ליצירת השערות, אנו טוענים כי מודלים של עיבוד ניבואי נכשלים כיום באתגר זה. מחד, במודלים קוגניטיביים, השערות נוצרות על ידי העברתן ממרחב לטנטי בלתי משתנה למרחב מפורש שבו ניתן להעריכן. מאידך, במודלים בהשראת ארכיטקטורה נוירו-ביולוגית, השערות נוצרות כשינוי הדרגתי במודל מבני על פי כלל בייס, המיושם בשינוי משקלים של קשרים סינפטיים. שני סוגים אלו של מודלים מבוססים על תהליכים שונים מהותית של יצירת השערות חדשות, ולכן הפער התיאורטי קשה לגישור.

​​​​​​הזכרונות שלנו של חוויות או ארועים בחייים מאורגנים במידה רבה על פי סדר ההתרחשויות של אותן החוויות. על כן סדר טמפורלי מהווה עקרון חשוב לארגון המידע בזיכרון. מחקרים קודמים הראו שהסדר הטמפורלי מקודד בצורה אוטומטית ע"י ההיפוקמפוס בזמן שאנחנו חווים את הארועים ומקודדים את המידע לזיכרון. במחקר זה שאלנו האם גם שליפה של הסדר הטמפורלי של מידע מהזיכרון קורית באופן אוטומטי, או – לחלופין, האם נדרשים מנגנונים ניהוליים של בקרה ושליטה לצורך שליפת מידע זה. כדי לבחון שאלה זו, "ניטרלנו" את היכולת של נבדקים לעשות שימוש במנגוני בקרה ושליטה בזמן שליפת מידע מהזיכרון, ע"י העסקתם במטלה נוספת שדורשת להפנות את מלוא הקשב שלהם. השווינו את ביצועיהם לתנאי שבו מנגנוני השליטה והבקרה לא היו מנוטרלים ע"י מטלה נוספת ולכן מלוא הקשב יכל להיות מופנה למטלת השליפה. מצאנו שנבדקים זכרו פחות מידע בתנאי הראשון, בו מנגנוני השליטה והבקרה היו מנוטרלים. עם זאת, לא היה שום הבדל בין התנאים בכל המדדים של שליפה עפ"י סדר טמפורלי. מכך אנו מסיקים ששליפת סדר ההתרחשויות של ארועים מהזיכרון קורית באופן אוטומטי.

סגל המחלקה יצא בקריאה לקהילת המחקר הבינלאומית לסיוע בשחרור החטופים: Dear colleagues and friends worldwide, October 25, 2023 We, faculty members at the Department of Cognitive and Brain Sciences at Ben-Gurion University of the Negev, are reaching out for help on behalf of the Israeli families of more than two hundred hostages held captive in Gaza. The community of Ben-Gurion University, located only some forty kilometers from the Gaza Strip, suffered a horrible loss on October 7, 2023. The lives of many students, administrative and technical staff, and faculty members were taken in this brutal massacre, and faculty and students in our department lost friends and relatives. The lives of each member of our community have been deeply shaken by this horrifying tragedy. We chose to focus this letter on the hostages, in the hope of making even the slightest contribution to the great effort of bringing them back. We thus describe one of the many devastating cases that we have witnessed firsthand—that of Mrs. Ofri Bivas, a former member of a laboratory affiliated with our department at ADI-Negev Rehabilitation Hospital. On October 7, her life was turned upside down: her brother Yarden, his wife Shiri, and their two redhead sons—a nine-month-old baby and a four-year-old—were brutally taken hostage by inhumane Hamas terrorists. Her family lived in Nir Oz—a kibbutz bordering on Gaza. On Saturday morning, they were awakened to the sounds of sirens, thinking that “it’s just another day with rockets being fired from Gaza”. Ofri and Yarden had been texting since the early hours, soon realizing that terrorists had infiltrated the kibbutz and were shooting at innocent civilians. By approximately 9 AM, they had lost communication. Ever since, Ofri has had sleepless nights doing everything in her power to rally support for the release of her family. More than 200 innocent civilians—babies, children, elderly women, and disabled people—were kidnapped and taken into Gaza as hostages. We are reaching out to you, fellow scholars worldwide, to seek your support with a critical issue: your assistance in advocating for the immediate and unconditional release of the hostages that are held in Gaza. These days are crucial, and your assistance can make a significant impact in turning these concerns into a global priority. Your involvement would mean a lot to us and many other faculty members at Ben-Gurion University who were tragically affected by this crisis. We hope that with your support, and the support of your colleagues, we can deliver this message in our time of need by distributing our letter as widely as possible and by any other means you deem appropriate. Sincerely, ​ Dr. Lior Shmuelof, Chair A/Prof. Carmel Sofer A/Prof. Oren Shriki Dr. Nir Fresco Dr. Talya Sadeh Dr. Tal Golan Dr. Marius Cohen Dr. Moti Salti Prof. Galia Avidan Prof. Ilan Dinstein

כתב העת Nature Machine Intelligence פרסם מחקר של ד״ר טל גולן, מהמחלקה למדעי הקוגניציה והמוח, ושותפיו ד״ר מתיו סיגלמן, פרופ׳ ניקולאוס קריגסקורטה ופרופ׳ כריסטופר בלדסנו, מאוניברסיטת קולומביה בניו יורק. המחקר השווה בין עיבוד לשוני ברשתות נוירונים מלאכותיות המאומנות כמודלי שפה (למשל, GPT-2 וBERT) ובין עיבוד לשוני אנושי. כשבוחנים עיבוד של משפטים בשפה האנגלית בקרב בני אדם ובקרב רשתות נוירונים מלאכותיות, נראה שיש דמיון מפתיע בין בני האדם ובין הרשתות. נתון זה הטריד את החוקרים, שכן ישנם הבדלים משמעותיים בין הרשתות השונות וכן בין הצורה בה הרשתות הללו בנויות ופועלות, לבין המוח האנושי. ״אם נבין טוב יותר את הדמיון וההבדלים בין אינטליגנציה מלאכותית ואינטליגנציה טבעית, נוכל להבין טוב יותר כיצד אנחנו עצמנו פועלים״, הסביר ד"ר גולן. אחד הכלים המרכזיים בחקר השפה הוא בחינת המשפטים נתפסים על ידי דוברי השפה כ-״קבילים״. למשל ״דנה אכלה כריך״ הוא משפט קביל בעברית, אך ״דנה כריך אכל״ או ״כריך אכל דנה״, אינם משפטים קבילים. בשנים האחרונות, מדענים החלו לבחון רשתות נוירונים מלאכותיות באופן דומה, ומצאו להפתעתם דמיון רב בין השיפוטים האנושיים ובין ההסתברות שרשתות נוירונים מלאכותיות מייחסות למשפטים שונים. במחקר הנוכחי, החוקרים רצו לבחון את גבולות הדמיון בין בני האדם והרשתות. לצורך כך, הם פיתחו תוכנה שבונה זוגות של משפטים ״מעוררי מחלוקת״ בין הרשתות. בכל זוג כזה, יש משפט שרשת אחת מזהה כקביל, ואילו הרשת השנייה מזהה כבלתי קביל. המשפט השני נשפט על ידי הרשתות באופן הפוך- הרשת הראשונה מזהה אותו כבלתי קביל והרשת השנייה כקביל. למשל, המשפט ״This is the week you have been dying״ נמצא כבלתי קביל לפי רשת מסוג GPT-2, וכקביל לחלוטין לפי רשת מסוג BERT. לעומת זאת המשפט ״That is the narrative we have been sold״ נמצא כקביל לפי GPT-2 וכבלתי קביל לפי BERT. אחרי שהחוקרים יצרו מאות זוגות של משפטים כאלה, המשפטים הוצגו ל-100 נבדקים אנושיים דוברי אנגלית, שהתבקשו לשפוט עבור כל אחד מהזוגות איזה משפט קביל יותר. במבחן שכזה, אחת הרשתות חייבת להיכשל, כיוון שהן אינן מסכימות ביניהן. החוקרים מצאו שתחת המבחן המחמיר הזה, כל הרשתות מפגינות פערים משמעותיים בשיפוטים שלהן לעומת בני האדם. הן קיבלו משפטים לא דקדוקיים ולא הגיוניים כקבילים, ובאותו הזמן דחו משפטים דקדוקיים והגיוניים כלא קבילים. הרשת שנמצאה כדומה ביותר לבני האדם הייתה GPT-2, שלומדת על ידי ניסיון לחזות את המילה הבאה בטקסט, אותו עקרון המיושם בשלב האימון הראשון והעיקרי של צ׳ט-בוטים כגון ChatGPT. ״המחקר חושף פערים בין האופן שבו רשתות נוירונים מלאכותיות ובני אדם מעבדים שפה כתובה", מסביר ד"ר גולן. "ככל שתחום הבינה המלאכותית מתקדם, קל יותר לרשתות האלה לשטות בנו ולהתחזות כדומות מאד בהתנהגותן לבני אדם. אבל כאשר אנחנו מפעילים את הכלים המתאימים, אנחנו יכולים לראות שישנה עוד דרך עד שנגיע לאלגוריתמים שמחקים בצורה מאד מדויקת התנהגות אנושית. ייתכן ונוכל לבנות רשתות נוירונים שמדמות באופן מדויק שיפוטים לשוניים של בני אדם רק כאשר הרשתות יממשו כישורים קוגניטיביים נוספים, כגון חישת הסביבה ובקרת תנועה, ולא רק יקראו מיליוני ספרים" סיכם ד"ר גולן.

​​​​​​קבוצת מחקר מהמעבדה המשותפת של אוניברסיטת בן-גוריון בנגב ועדי-נגב נחלת ערן, בהובלתם של רעות בנימין נצר, ענבר אבני וד"ר ליאור שמואלוף מהמחלקה למדעי הקוגניציה והמח, ושל נוי גולדהמר וד"ר אדווה רסל- צביאלי מעדי נגב, ביקשו לבדוק האם פגיעה קוגניטיבית בעקבות שבץ משפיעה על יכולת הלמידה של מיומנויות מוטוריות. ​החוקרים מצאו שלמרות הפגיעה הקוגניטיבית, ניתן ללמוד תפקודים מוטוריים חדשים לאחר שבץ מוחי. ממצאי המחקר פורסמו בכתב העת החשוב ביותר בתחום השיקום הנוירולוגי Neurorehabilitation and Neural Repair, ובאתר האוניברסיטה התפרסמה כתבה מורחבת על המחקר.

שני ​​מאמרים חדשים של פרופ' יאיר נוימן מהמחלקה למדעי הקוגניציה והמוח מציגים מציגים פיתוח של בינה מלאכותית המזהה נורמות חברתיות ואת הפרתן. ובנוסף נבנתה יכולת לזהות מאה מימדים שונים של סיטואציות (לדוג' הסיטואציה מערבת מתח רומנטי) באמצעות מאגר ענק של 10,000 סיטואציות חברתיות.​ הפרויקט הראשון, שהתפרסם בכתב העת scientific reports, פותח במסגרת שיתוף פעולה עם סוכנות המחקר האמריקאית לנושאי ביטחון (DARPA), כתבה מורחבת על הפרויקט התפרסמה באתר האוניברסיטה. בפרויקט המשך, שהתפרסם בכתב העת scientific data פותח מאגר של 10,000 סיטואציות חברתיות מלאכותיות שנוצרו באמצעות GPT​, סיטואציות התואמות את הכלי המקובל להערכה ומדידה של מימדי סיטואציה.