השורשים העמוקים
של הבינה המלאכותית

בסביבות המאה השמינית לפנה"ס חיבר הומרוס, מגדולי המשוררים של יוון העתיקה, את שני האפוסים המפורסמים שלו: האודיסיאה והאיליאדה. כבר אז, לפני כמעט 3,000 שנה, הזכיר הומרוס טכנולוגיות שכיום היינו רואים בהן ללא ספק סוגים של בינה מלאכותית. באודיסיאה הופיעו כלי רכב אוטונומיים:

ובאיליאדה אפשר למצוא רובוטיות בעלות בינה מלאכותית:

דילוג מהיר קדימה לראשית המאה ה-20. המחשב האלקטרוני יופיע רק בעוד כמה עשרות שנים, אך בארץ ישראל מנהיג הפועלים א"ד גורדון כבר חזה במאמרו "האדם והטבע" כי בעתיד האמנות תישען גם היא על הטכנולוגיה: "יש מנבאים, כי לעתיד לבוא לא תהיה היצירה אלא עסק שכלי של הרכבות מחוכמות וצירופים מושכלים", כתב. והנה, בימים אלה ממש טענתו מתגשמת מול עינינו בשעה שבוטים מחוללי תמונות ובוטים מחוללי טקסט מעצבים מחדש את עולם האמנות והיצירה.

רעיון ותיק בחשיבה האנושית. רובוטית בדמות אישה בכרזת הסרט "מטרופוליס", 1927 | מקור:  LIBRARY OF CONGRESS / SCIENCE PHOTO LIBRARY

המנגנונים שמאחורי המחשבה

אף שהבינה המלאכותית נוכחת במחשבה האנושית כרעיון כבר אלפי שנים. פריצות הדרך המדעיות שאפשרו לה להתגשם נולדו ברובן רק במאה הקודמת. אחרי מאות שנים של הגות פילוסופית מופשטת על טבע המחשבה, עלה התחום על פסים מעשיים כשחוקרים ותיאורטיקנים החלו לגבש כלים לניסוחים הלוגיים והפורמליים הנחוצים לקיומה של מכונה חושבת.

שנת 1943 הייתה שנת מפתח בפיתוח העקרונות היסודיים של הבינה המלאכותית. בשנה זו אימצו המתמטיקאי האמריקאי נורברט וינר (Wiener), הפיזיולוג המקסיקני ארטורו רוזנבלות (Rosenblueth) והמהנדס האמריקאי ג'וליאן ביגלו (Bigelow) את עקרונות הגישה ההתנהגותנית (ביהביוריזם) בתחום הפסיכולוגיה. הפסיכולוגיה ההתנהגותנית ניגשת לחקר ההתנהגות של בעלי חיים, והאדם בפרט, מבעד ליחסי הגומלין בין ההתנהגות של הפרט לבין הגירויים שהוא מקבל מהסביבה החיצונית. במטרה לפתח גישה התנהגותנית לחקר מערכות חושבות, התייחסו השלושה לחקר מערכות טכנולוגיות בכלים דומים.

במאמרם "התנהגות, תכלית וטלאולוגיה" הם התייחסו להתנהגות של מערכת ולגירויים שהיא מקבלת מהסביבה במונחים של פלט וקלט בהתאמה. הם קטלגו את ההתנהגויות האפשריות של מערכות לאלה שיש להן מטרה או תכלית ולאלה שאין להן. מערכת תכליתית היא מערכת שיש לה מטרה להגיע למצב סופי מסוים. ההגדרה הזו עלולה להיות מבלבלת, משום שלכאורה אין סיבה לייצר מכשיר חסר תכלית, אולם למעשה יש דוגמאות רבות למערכות טכנולוגיות כאלה. למשל שעונים משרתים אותנו היטב אף על פי שאינם מיועדים להגיע לשעה סופית מסוימת, ואילו רולטת הימורים אמורה מעצם מהותה להגיע למצב סופי אקראי ולא למצב קבוע מראש.

לדברי החוקרים, מערכות שכן מתנהגות בצורה תכליתית זקוקות למשוב מהסביבה כקלט, ובייחוד למשוב שלילי, שבולם את המערכת כשהיא נוטה לעבר התנהגות בלתי רצויה. כך למשל פועל הווסת שמייצב את המהירות של מנועי קיטור. באותו אופן אפשר להתייחס למערכות ביולוגיות כמו המוח כמערכות של משוב ובקרה, ובהמשך הדרך עיקרון המשוב השלילי ישמש כלי חשוב בעיצוב מערכות חושבות.

באותה שנה, הנוירופיזיולוג האמריקאי וורן מקאלוך (McCulloch) והלוגיקן האמריאקי וולטר פיטס (Pitts) פרסמו את המאמר "חשבון לוגי של רעיונות הנובעים מפעילות עצבית". בשלב ההוא כבר התגבשה הבנה בסיסית לגבי מבנה מערכת העצבים. ידעו שהיא מורכבת מתאי עצב (נוירונים), שמתקשרים ביניהם באמצעות אותות חשמליים שעוברים לאורך סיבים ארוכים שנקראים אקסונים. האותות מגיעים בהמשך לנקודות המפגש בין סיב עצבי של תא אחד לגוף של תא עצב אחר, שנקראות סינפסות. לכל תא עצב יש סף פנימי של מתח חשמלי, וכשהסף הזה נחצה תא העצב "יורה" ומעביר את האות לתאי העצב המקושרים אליו. כל אות כזה יכול להעלות את המתח החשמלי בתא המטרה או להפחית אותו, וכשהמתח עובר סף מסוים תא העצב "יירה" גם הוא ויעביר את האות לתאים הבאים ברשת העצבית.

מקאלוך ופיטס בחנו בכלים מתמטיים איך אוסף של יחידות מבנה, שמסודרות ברשת ועונות לכללים הבסיסיים של תאי העצב, יכול ליצור פעולות מורכבות. כמו כן הם העלו את האפשרות שהמבנה המתמטי שהם הגדירו, המייצג רשת של תאי עצב אנושיים, יוכל לשמש מכונת טיורינג – רעיון מופשט שפיתח בשנת 1936 המתמטיקאי ומדען המחשב אלן טיורינג (Turing) לתיאור אופן פעולתו של מחשב. בהמשך, ככל שהתרחב הידע שלנו על המוח התברר שהמודל של מקאלוך ופיטס היה פשטני מדי, אך די היה בו כדי ליצור הקבלה מסודרת בין פעילות המוח האנושי לזו של מכונה חישובית.

המבנה המתמטי מנסה לייצג באופן מלאכוי רשת של תאי עצב. רישום תאי עצב של חלוץ חקר המוח, סנטיאגו רמון אי קחאל,1904 | מקור: SCIENCE SOURCE / SCIENCE PHOTO LIBRARY

שני המאמרים האלה היו חלוציים באופן שבו התייחסו למערכות חשיבה כאל רשתות פעולה מכניסטיות שאפשר לנתח בכלים לוגיים. בבסיס פעולתן של הרשתות האלה יש שימוש במשוב כאמצעי בקרה, והן מגיבות לאותות חיצוניים ויכולות להפיק פעולה. כל זה נעשה על בסיס הבנה ביולוגית ראשונית מאוד של מערכת העצבים ויצירת הקבלה בינה לבין עולם האלקטרוניקה המבוסס על רכיבי מתגים שמעבירים או לא מעבירים מתח חשמלי.

בשנת 1947 פרסם וינר את ספרו המכונן "קיברנטיקה", שהזניק תחום חדש בחקר מערכות חושבות, שמתייחס למידע בתור חומר הגלם במערכות שמתקשרות ביניהן. לצורך העניין אין הבדל מהותי בין מעגל חשמלי לבין מערכות תקשורת בין בני אדם או בין חיות. בשני המקרים מדובר בהעברת מידע בין פריטים השותפים לפעולה.

מאמרים פורצי דרך עבור הבינה המלאכותית. וולטר פיטס (משמאל) ונורברט וינר | צילומים: PHOTO (C) ESTATE OF FRANCIS BELLO / SCIENCE PHOTO LIBRARY

מכונות מסוגלות לחשוב?

במאמר שכתב בשנת 1947, אך ראה אור רק עשרים שנה לאחר מכן, התמודד טיורינג עם השאלה:  האם מכונה מסוגלת לחשוב? הוא ציין כי היות שאנו יודעים שאפשר ליצור מכשירים שמחקים את פעולתם של מנגנונים בגוף האנושי, סביר להניח שאפשר ליצור גם מנגנון חושב מלאכותי. לדוגמה מיקרופון הקלטה ממלא משימה דומה לזו של האוזן ומצלמה מעתיקה את פעולת העין. על כן, כשמדובר במחשבה נבקש לחקות את פעולת מערכת העצבים.

טיורינג הוסיף וטען שאומנם אפשר ליצור מעגלים חשמליים שיחקו את אופן הפעולה של מערכת העצבים, אבל אין כל טעם לשאוף לשחזור מדויק של המוח בכלים טכנולוגיים. זה יהיה כמו ליצור "מכוניות שהולכות בעזרת רגליים במקום גלגלים", ציין. בדומה למערכת העצבים, גם מעגלים חשמליים יכולים להעביר מידע ואף לאכסן אותו, אך מערכת העצבים יעילה הרבה יותר – היא קומפקטית במיוחד, צורכת מעט מאוד אנרגיה, ועמידה לפגעי הזמן. מוח התינוק, קבע, שווה ערך למנגנון לא מאורגן שמחכה לספוג חוקים וידע מהעולם כדי ללמוד איך לנהוג בעולם. בדומה לפסיכולוגיה ההתנהגותית הוא הציע דרכים ללמד מנגנון חושב מלאכותי בדומה לאופן שבו מלמדים ילדים, על בסיס מערכת של תגמול ועונש כאופן.

במאמר אחר, משנת 1950, הציע טיורינג את מה שמכונה היום מבחן טיורינג, שנועד להבחין אם למכונה יש תבונה אמיתית. מבנה המבחן פשוט מאוד: אדם שאינו רואה מי נמצא מולו צריך לנהל עם הצד השני שיחה בלשון טבעית. אם הוא לא מסוגל להכריע מי משוחח איתו – אדם או מכונה, הרי שהמכונה מסוגלת לחשוב.

אלן טיורינג לא היה רק מאבות מדעי המחשב, אלא גם אלוף ריצה | צילום: NATIONAL PHYSICAL LABORATORY (C) CROWN COPYRIGHT / SCIENCE PHOTO LIBRARY

להתקדמות המשמעותית הבאה היה אחראי המתמטיקאי רב הפעלים ג'ון פון נוימן (Neumann), שרעיונותיו אפשרו בין השאר את פיתוחו של אניאק (ENIAC), המחשב האלקטרוני הראשון שהיה ניתן לתכנות על ידי חיווט מחדש. במאמר משנת 1951 הביע פון נוימן דאגה מהיעדר תיאוריה פורמלית, מבוססת לוגיקה, של אוטומטים – הייצוג המופשט של מכונות חישוביות – שתאפשר לממש את תכונותיה של מערכת העצבים ברשת מלאכותית. יתר על כן, בהרחבה להקבלה שהציגו מקאלוך ופיטס בין המוח האנושי למכונות חישוביות, הוא טען שנובע מכך כי כל דבר שאפשר לנסח באופן ממצה ובהיר במילים, יכול לבוא לידי מימוש ברשת נוירונים.

צעדים ראשונים

אחד הניסיונות המוקדמים לפתח טכנולוגיה בהשראת הרעיונות הללו היה הפרספטרון (Perceptron). בשנת 1958 הציג הפסיכולוג האמריקאי פרנק רוזנבלט (Rosenblatt) מכונה שתפקידה היה להכריע בין שתי קטגוריות, למשל בין תמונה של גבר לתמונה של אישה. המכונה כללה כמה שכבות: הראשונה הורכבה מקולטני אור שנועדו לחקות את פעולת רשתית העין. הקולטנים חוברו לשכבה שנייה, שהורכבה מתאי עצב מלאכותיים. כל תא עצב ריכז קלט מכמה קולטנים והחליט בהתאם לאותות שקיבל אם לסמן 0 או 1. לבסוף שקללו יחד את ההכרעות של כל תאי העצב וקיבלו הכרעה של 0 או 1. הפלט הסופי הזה נועד להכריע לאיזו משתי הקטגוריות האפשריות שייך הקלט החזותי שהפרספטרון קלט.

המכשיר עבר תהליך של למידה באמצעות משוב שניתן לו על הכרעותיו. נטען כי המכונה של רוזנבלט למדה להבדיל בין סימונים של ימין לשמאל ואפילו בין תמונות של כלבים ושל חתולים.

פרסום הממצאים עורר סערה גדולה. העיתון ניו יורק טיימס דיווח כי "עוּבַּר המחשב המלאכותי" עתיד ללמוד ללכת, לדבר, לראות, לכתוב, לשעתק את עצמו ולהיות מודע לעצם קיומו". אולם כשדעכה המהומה הראשונית התבררו מגבלות המערכת, שהייתה מסוגלת להבדיל בין קבוצות פשוטות בלבד, וטווח היכולות שלה היה צר. מבנה המכונה היה פשוט מדי למשימות מסובכות.

בסרט משנת 1961 העלה הנוירוביולוג הבריטי פטריק וול (Wall) שאלה מעניינת: האם מכונות יהיו מסוגלות ליצור רעיון חדש? הרי כשמדענים פורצי דרך כמו אייזק ניוטון, צ'רלס דרווין או גלילאו גליליי הגו את רעיונותיהם הגדולים, היה עליהם לזנוח את החוקים והנחות היסוד שהחשיבו עד אז כאמת. מכונות מבצעות פעולות כפי שהנחו אותן מראש. הן מצייתות לחוקים שהכתיב להן האדם. 

אם כן, בד בבד עם התפתחות הגישות המתמטיות לניתוח היכולות של רשתות מלאכותיות, והצעדים הראשונים למימוש הטכנולוגיה, הרוחות נשבו בכיוונים רבים. לצד החזון והתקווה התעוררו ספקות ניכרים ביחס לאפשרות קיומן של תכונות כמו יצירתיות, חדשנות ועצמאות במערכת שתוכל להיקרא "בינה מלאכותית".

ֿ
מכונה ש"ידעה" להכריע בין שתי אפשרויות, גם זה עם מגבלות רבות. המצלמה של מערכת הפרספטרון, 1960 | צילום: National Museum of the U.S. Navy, נחלת הכלל

הולדת הבינה המלאכותית

קלוד שאנון (Shannon) וג'ון מקארתי (McCarthy) נתקלו בבעיה בשנת 1955 כשניגשו לערוך אוסף מאמרים שהוקדש לאוטומטים. חלק ניכר מהמאמרים שהוגשו להם הוקדשו למתמטיקה שמאחורי החישוביות, ולא ניסו כלל להתמודד עם השאלות החמות באמת, למשל אם מכונות יכולות לשחק משחקים או לחשוב. בתגובה יזמו השניים שנה לאחר מכן, בשיתוף כמה מעמיתיהם, כנס קיץ מיוחד במכללת דרטמות בניו המפשייר שיקבץ את מיטב החוקרים מכל התחומים העוסקים במכונות נבונות למקום אחד, במטרה משותפת. 

הכנס נועד להימשך חודשיים, ולכלול עשרה משתתפים. הוכרז כי המשתתפים יפעלו לפענח איך אפשר ללמד מכונות להשתמש בשפה אנושית, לפתור בעיות ייחודיות לבני האדם, ולשפר את עצמן.

משתתפי כנס דרטמות היו גלריה מפוארת של חוקרים מכל קשת התחומים הנוגעים לבינה מלאכותית: מתמטיקאים, פיזיקאים, פסיכולוגים ומהנדסי חשמל, שילוב של חוקרים אקדמאים לצד נציגי הצד המעשי של תעשיית המחשבים. כמה וכמה מהמשתתפים קנו לעצמם שם עוד לפני הכנס או קצת אחריו: שאנון עבד במעבדות בל והתפרסם בתרומתו פורצת הדרך בתורת המידע; מרווין מינסקי (Minsky) קיבל ב-1969 את פרס טיורינג, שנחשב לפרס היוקרתי ביותר במדעי המחשב; מיודעינו וורן מקאלוך וג'וליאן ביגלו; המתמטיקאי ג'ון נאש (Nash) שזכה בפרס נובל לכלכלה בשנת 1994 על עבודתו בתורת המשחקים, והפסיכולוג חתן פרס טיורינג (1975) ופרס נובל לכלכלה (1978) הרברט סיימון (Simon).

אף שהגיעו מתחומים שונים והחזיקו בגישות שונות לרעיון הבינה המלאכותית, כולם חלקו חזון דומה. הם האמינו שבינה אינה מוגבלת רק ליצורים ביולוגיים, ושאפשר לנסח מחשבה ולמידה באמצעים מתמטיים, ולממש אותה באמצעות מחשב דיגיטלי.

עבודות שסללו את הדרך למחשב הדיגיטלי ובהמשך - לבינה המלאכתותית. קלוד שאנון, מיוזמי כינוס דארתמוט | מקור: PHOTO (C) ESTATE OF FRANCIS BELLO / SCIENCE PHOTO LIBRARY

לא כל המשתתפים נשארו בכנס חודשיים שלמים כפי שתוכנן, וחלקם הסתפקו בחודש בלבד או אפילו רק בשבועיים. התוצרים המיידיים של הכנס היו דלים ומעטים והוא לא באמת הצדיק את היומרות הגדולות של יוזמיו. עם זאת, רבים רואים בו את מקום הולדתו של ענף הבינה המלאכותית.

מעבר לכך שזו הייתה הפעם הראשונה שבה נעשה שימוש בשם "בינה מלאכותית" לתיאור התחום, הכנס גם הגדיר את גבולותיו ואת מרכיביו. לראשונה חוקרים מובילים, שעסקו שנים בשאלות של בינה מלאכותית איש-איש בתחום ההתמחות שלו, התקבצו יחד במטרה מוצהרת לקדם את המחקר. כאן גם נוסחו ונאספו יחד השאלות המרכזיות בתחום, והוגדרו המטרות והשאיפות לעתיד.

בעשרות השנים הבאות, הבינה המלאכותית של שנות ה-40 וה-50 תתפתח ותשתכלל. היא תלבש צורה חדשה כשחקנית דמקה ואמנית שחמט, תלמד להתמודד עם משימות כמו פתירת מבוכים, תפתח כישורי שיחה וגם תיתקל לזמן מה בחומות של גבולות החישוביות במהלך המשבר שיכונה "החורף הראשון של הבינה המלאכותית". כפי שאנחנו יודעים היום, היא תדע להתעורר מהקיפאון הזה ולפרוץ גבולות חדשים באופן יומיומי. ובכל זאת גם כיום אחדות מהשאלות הבסיסיות ביותר, כמו מהי בינה, והאם מחשב מסוגל ליצור מחשבה חדשה, ממשיכות לחכות להכרעה.

הכתבה נכתבה תוך עיון חוזר ונשנה בספרה של פמלה מק'קורדק מכונות חושבות. מהדורה עברית: הוצאת מסדה, 1985 מאנגלית:  נעמי כרמל.