Partie V: Des neurones futuristes!  
 

Objectif:   

- Démontrer que plus tard, les neurones seront peut-être dans des  machines construites par l'homme

Tout au long des pages de ce site web, nous avons pu rapidement remarquer que les neurones et le cerveau ressemblent étrangement à l’ordinateur. Celui-ci, tout comme le corps humain et ses organes des sens (yeux, oreilles, nez, peau), dispose d’éléments qui lui permettent de recevoir de l’information de l’extérieur (clavier, souris, scanner). Les informations passent par le cerveau de l’ordinateur, le microprocesseur, y sont traitées, et ressortent sous forme de réponses par d’autres éléments, comme l’écran, l’imprimante, les haut-parleurs... Chez l’humain, les stimuli captés par nos récepteurs sensitifs sont eux aussi traités par notre cerveau, et ressortent sous forme de réponses par nos cordes vocales, nos fibres musculaires… L’ordinateur ressemble vraiment au cerveau humain! Cependant, il existe deux différences entre ces deux extraordinaires machines. Le cerveau humain apprend extrêmement rapidement, crée, peut changer de point de vue ou d’idée sur quelque chose, a une mémoire phénoménale, pense, comprend, aime… et tout cela, grâce à ses 100 milliards de neurones, qui réarrangent continuellement les connexions entre eux. Et c’est cela la force du cerveau, sa constante évolution! L’ordinateur lui ne change pas de point de vue, n’apprend pas. Son microprocesseur (ou son cerveau) est en fait un réseau extrêmement bien structuré de transistors, mais qui sont soudés et ne peuvent pas se déplacer ou modifier leurs connections entre eux, comme le font les synapses des neurones. Par contre, les microprocesseurs des ordinateurs d’aujourd’hui sont d’une puissance infernale! Ils sont bien plus rapides que le cerveau humain et peuvent calculer des nombres incommensurables pour nous à la seconde! Les recherches sur la cellule fondamentale du cerveau, le neurone, ont ouvert la voie à plusieurs autres domaines de recherche. Le fonctionnement du cerveau, à partir de ses prodigieux neurones, est un univers qui n’a pas fini de livrer ses secrets. L’homme commence à réaliser l’importance des neurones et de leur principe de fonctionnement se rapprochant du langage binaire. Il tente de copier cette merveille dans différentes applications. Ainsi, on  commence à greffer des neurones vivants sur le silicium de puces informatiques! C’est que l ’ordinateur a encore beaucoup de misère à reconnaître un visage, une voix, une odeur, ou à synthétiser, comparer ou déduire des idées… Par exemple, lorsqu’on montre deux fois une image à un ordinateur, il la reconnaîtra la deuxième fois. Cependant, si l’on change une donnée de l’image, par exemple la couleur du fond, l’ordinateur ne la reconnaîtra plus du tout! Le but de greffer des neurones à une puce, c’est donc de la rendre plus intelligente et de tenter de lui donner des propriétés du cerveau humain. Grâce aux neurones connectés aux puces et à leurs synapses changeant   continuellement   de   connections,    les puces informatiques pourront peut-être, un jour, apprendre… un peu! On tente aussi présentement de greffer des neurones sensitifs (qu’on appelle bio-capteurs) à des puces, en vue qu’elles puissent éventuellement détecter des odeurs, et reconnaître des images. Malgré que l’on n’en soit encore qu’aux premiers balbutiements des bio-puces et des bio-capteurs, peut-être qu’un jour, il y aura un peu de vie dans les puces de nos ordinateurs!

En plus des recherches actuelles sur les bio-puces et les bio-capteurs, d’autres chercheurs essaient eux aussi, de créer des ordinateurs plus intelligents grâce aux neurones, mais sans utiliser de matière vivante. En effet, on tente de modéliser des réseaux de neurones en s’inspirant du système nerveux humain. On essaie de remplacer les réseaux de transistors des microprocesseurs par ces réseaux de neurones (RN)  simulés. Ces neurones sont en réalité une copie de ceux  du corps humain et sont faits de composantes électroniques simples: des amplificateurs, des conducteurs, des résistances et des condensateurs… On assemble donc, comme dans un Lego, toutes ces  composantes pour créer une copie électronique des neurones. Puisqu’il est extrêmement difficile pour l’instant de greffer et de maintenir en vie des neurones vivants sur du silicium comme dans les  bio-puces, les RN sont donc avantagés. Cependant, il est impossible de miniaturiser l ’ensemble des composantes électroniques formant les neurones  des RN pour qu’ils aient la même taille que les vrais neurones; les bio-puces sont cette fois-ci avantagées. Puisque les RN et les bio-puces ont au départ le même but et représentent toutes deux des possibilités pour ce qui est de l’apprentissage, de la déduction, de la reconnaissance de forme, c’est celle des technologies qui évoluera le plus vite dans les prochaines années, qui sera peut-être apte à rendre nos machines plus intelligentes… Mais comment font les RN pour apprendre, pour comprendre de nouvelles choses, ou pour changer d’idée? Comme nous le savons, les bio-puces peuvent s ’adapter, apprendre, grâce aux synapses   de leurs neurones vivants qui  peuvent modifier leurs connections à tout moment. Les  RN n’ayant pas la propriété d’être vivants, leurs synapses ne peuvent pas bouger; c’est le changement d’intensité ou de fréquence des messages envoyés par ces synapses qui fait qu’il peut y avoir apprentissage.. Les cellules d ’entrée sont reliées aux cellules de sortie par ces synapses         d ’intensité variable. Si par exemple, un RN commet une erreur, il peut modifier l ’intensité de ses connexions; ainsi ses cellules   apprennent  jusqu’à ce que la bonne réponse soit obtenue. Lorsqu’un RN apprend, il doit trouver la valeur à donner aux synapses (messages  de plus grande intensité ou de plus petite selon le cas) pour que la sortie traduise la réponse voulue. Finalement, il est intéressant de savoir que les bio-puces et que les RN travaillent de façon parallèle comme notre cerveau, contrairement à l’ordinateur où les données passent dans le microprocesseur à la file indienne. Cela donne une puissance moindre, mais une intelligence beaucoup plus grande!

Les ordinateurs ne sont pas uniquement la cible des recherches portant sur la technologie et les neurones. En effet, on perfectionne actuellement sur des patients amputés des prothèses électroniques pour remplacer un membre. Ce qu ’il y a de  spécial là-dedans, c’est qu’au bout de la prothèse, se trouvent une puce et de nouveaux neurones vivants cette fois-ci. Après          l ’installation, les terminaisons nerveuses au bout du membre amputé viendraient, grâce à l ’élasticité de leurs synapses, se connecter à de nouveaux neurones qu’on aurait fait croître sur le silicium de la puce  contrôlant la prothèse. Cette prothèse serait conçue évidemment pour comprendre les signaux venant du cerveau et transmis par ces neurones. Le patient retrouverait, en quelque sorte une utilisation plus naturelle de son nouveau membre grâce à cette technique! Même s’il reste encore plusieurs progrès à faire, cette prothèse électronique pouvant être commandée par le cerveau sera toute une innovation! Et encore cette fois-ci, elle existera grâce aux connaissances qui se développent sur les neurones, ces cellules qui communiquent entre elles de façon binaire, qui peuvent changer, lorsqu’il le faut, leurs connections, remodelant sans relâche le gigantesque réseau de notre cerveau

 


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David Laflamme, école secondaire Montcalm, expo-sciences Bell, tous droits réservés.