ביולוגיה חישובית

הביולוגיה החישובית עוסקת במחקר של מגוון בעיות מתחום מדעי החיים בעזרת כלים ואלגוריתמים של מדעי המחשב. עם השנים חלה התפתחות משמעותית של טכנולוגיות שונות לאיסוף מידע ביולוגי. היקף המידע שמצטבר הוא עצום; כדי לארגן, להבין ולחקור אותו, יש צורך משמעותי בכלים חישוביים. 

אחת הדוגמאות הבולטות בתחום היא חקר הגנום האנושי. טכנולוגיות של ריצוף גנומים נעשו הרבה יותר נגישות וזמינות בשנים האחרונות, וכך רופאים וגנטיקאים יכולים לחלץ מידע רב אודות מוטציות גנטיות בבני אדם. לעיתים, אחד האתגרים שעומדים בפניהם הוא עודף המידע – למשל, החוקרים מתחום הביולוגיה מקבלים מידע אודות אלפי מוטציות, שמתוכן עליהם למצוא מספר בודד של מוטציות רלוונטיות. בעזרת כלים של ביולוגיה חישובית ושל מדעי המחשב (כגון מסדי נתונים, למידת מכונה, אלגוריתמים), חוקרים בתחום הביולוגיה החישובית מפתחים כלים חישוביים אשר מבצעים חיזוי ועוזרים לרופאים לתעדף את המידע לפי קריטריונים שונים. למשל, תוכנה שימושית בתחום מתקבלת כקלט מוטציה גנטית ומחשבת את ההסתברות שמוטציה תגרום למחלה בבני אדם. תוכנה כזו מסייעת מאוד לרופאים בסינון המידע. ללא כלי חישובי מסוג זה, קשה מאוד באמצעות כלים של ביולוגיה גרידא לאתר את מקור המחלה מתוך אלפי מוטציות.

• קורסים:

○ למידת מכונה

○ מבוא לביואינפורמטיקה

○ סמינריון בביולוגיה חישובית

• דוגמאות לפרויקטים:

○ בחינת הקשר בין התפתחות גנום של וירוסים לגנום של החיידק המארח לאורך האבולוציה

○ אפיון מוטציות באדם שגורמות למחלות לעומת מוטציות נייטרליות (פולימורפיזמים)

○ זיהוי פולימורפיזמים הנמצאים בתאחיזה עם מוטציות גנטיות הגורמות למחלות

○ מחקר בשיתוף חוקרים מהמחלקה לרפואת שיניים בהדסה עין כרם – חקר הגנטיקה של החיידק Bacillus Subtilis ובניית כלי חישובי אשר ינגיש לחוקרים בתחום את המידע הקיים

למידה חישובית וביג דאטה

אשכול קורסים בלמידה חישובית עוסק בניתוח של נתונים (כגון: קריאת כתב יד, זיהוי פנים, מערכות המלצה חכמות). התחום עוסק בפיתוח אלגוריתמים אשר מאפשרים למחשב ללמוד מתוך דוגמאות, ופועל במגוון משימות חישוביות בהן התכנות הקלאסי אינו אפשרי. סטודנטים יוכלו גם להתמחות בלמידה עמוקה (deep learning), תחום אשר בשנים האחרונות נעשה רלוונטי אף לחיי האדם. המשתמש הפשוט אולי לא מודע לכך, אך הלמידה העמוקה מהווה חלק בלתי נפרד מהמימוש של כלים המסייעים לנו בחיי היומיום כמו מנועי חיפוש, תרגום אוטומטי, מערכות להתאמת פרסומות אישיות, חיפוש מותאם משתמש של מוצרים באינטרנט ועוד.

• קורסים:

○ למידת מכונה

○ למידה עמוקה

○ מערכות אחסון וביג דאטה

○ בינה מלאכותית

○ סמינריון בלמידת מכונה ולמידה עמוקה

• דוגמאות לפרויקטים:

○ מחקר בשיתוף המז"פ על זיהוי כתב יד סוליות נעלים

○ מחקר בשיתוף חברה ביטחונית — זיהוי תנועות חשודות במצלמות אבטחה

○ מחקרים רפואיים שונים: לדוגמא פיתוח אפליקציה לזיהוי ואבחון נמשים.

פיתוח תוכנה ותאוריה

בתחום פיתוח התוכנה, המטרה היא להעמיק ולהרחיב את הידע בתחום הנדסת התוכנה, וכן לחשוף את הסטודנטים למחקרים המתקדמים ביותר בתחום. אשכול הקורסים ייתן דגש על מתודולוגיות פיתוח, כגון פיתוח agile, היבטי ניהול של צוותי פיתוח התוכנה, וגישות אמפיריות ללא ביסוס תיאורטי לתיכון התוכנה עצמה.

• קורסים:

○ מתודולוגיה לפיתוח תוכנה, שיטות להבטחת תוכנה ובדיקתה

○ ניהול משאבים ולוחות זמנים בפרויקטי תוכנה, הובלת צוות ופיתוח תוכנה, מערכות מבוזרות

○ אלגוריתמים מבוזרים

○ שיווק באינטרנט

○ הצפנה ותקשורת

○ אלגוריתמים ותהליכים מקריים

• דוגמאות לפרויקטים:

תופעות סף ברשתות מורכבות: מערכות רבות בעולם שאפשר לייצג על ידי גרפים; למשל האינטרנט, המוח, רשתות חברתיות, וקשרים מסחריים בין מדינות. לכל הרשתות האלו יש מספר תכונות משותפות מפתיעות ומעניינות.