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La théorie des jeux peut rendre l'IA plus correcte et plus efficace

Les chercheurs s’appuient sur des idées issues de la théorie des jeux pour améliorer les grands modèles de langage et les rendre plus cohérents.

Imaginez que vous ayez un ami qui donne des réponses différentes à la même question, selon la façon dont vous la posez. " Quelle est la capitale du Pérou ? "  btiendrait une réponse : " Lima est-elle la capitale du Pérou ? " en obtiendrait un autre. Vous seriez probablement un peu inquiet au sujet des facultés mentales de votre ami et vous auriez certainement du mal à faire confiance à ses réponses.

C'est exactement ce qui se passe avec de nombreux grands modèles de langage (LLM), les outils d'apprentissage automatique ultra-puissants qui alimentent ChatGPT et d'autres merveilles de l'intelligence artificielle. Une question générative, ouverte, donne une réponse, et une question discriminante, qui implique de devoir choisir entre des options, en donne souvent une différente. "Il y a un décalage lorsque la même question est formulée différemment", a déclaré Athul Paul Jacob , doctorant au Massachusetts Institute of Technology.

Pour rendre les réponses d'un modèle de langage plus cohérentes - et rendre le modèle globalement plus fiable - Jacob et ses collègues ont conçu un jeu dans lequel les deux modes du modèle sont amenés à trouver une réponse sur laquelle ils peuvent s'entendre. Surnommée le jeu du consensus , cette procédure simple oppose un LLM à lui-même, en utilisant les outils de la théorie des jeux pour améliorer la précision et la cohérence interne du modèle.

"Les recherches explorant l'autocohérence au sein de ces modèles ont été très limitées", a déclaré Shayegan Omidshafiei , directeur scientifique de la société de robotique Field AI. "Cet article est l'un des premiers à aborder ce problème, de manière intelligente et systématique, en créant un jeu permettant au modèle de langage de jouer avec lui-même."

"C'est un travail vraiment passionnant", a ajouté Ahmad Beirami, chercheur scientifique chez Google Research. Pendant des décennies, a-t-il déclaré, les modèles linguistiques ont généré des réponses aux invites de la même manière. "Avec leur idée novatrice consistant à intégrer un jeu dans ce processus, les chercheurs du MIT ont introduit un paradigme totalement différent, qui peut potentiellement conduire à une multitude de nouvelles applications."

Mettre le jeu au travail

Ce nouveau travail, qui utilise les jeux pour améliorer l'IA, contraste avec les approches précédentes, qui mesuraient le succès d'un programme d'IA via sa maîtrise des jeux. En 1997, par exemple, l'ordinateur Deep Blue d'IBM a battu le grand maître d'échecs Garry Kasparov – une étape importante pour les machines dites pensantes. Dix-neuf ans plus tard, un programme de Google DeepMind nommé AlphaGo a remporté quatre matchs sur cinq contre l'ancien champion de Go Lee Sedol, révélant ainsi une autre arène dans laquelle les humains ne régnaient plus en maître. Les machines ont également surpassé les humains dans les jeux de dames, le poker à deux joueurs et d’autres jeux à somme nulle, dans lesquels la victoire d’un joueur condamne invariablement l’autre.

Le jeu de la diplomatie, un jeu favori de politiciens comme John F. Kennedy et Henry Kissinger, posait un défi bien plus grand aux chercheurs en IA. Au lieu de seulement deux adversaires, le jeu met en scène sept joueurs dont les motivations peuvent être difficiles à lire. Pour gagner, un joueur doit négocier et conclure des accords de coopération que n'importe qui peut rompre à tout moment. La diplomatie est tellement complexe qu'un groupe de Meta s'est félicité qu'en 2022, son programme d'IA Cicero ait développé un « jeu de niveau humain » sur une période de 40 parties. Bien qu'il n'ait pas vaincu le champion du monde, Cicero s'est suffisamment bien comporté pour se classer dans les 10 % les plus performants face à des participants humains.

Au cours du projet, Jacob — membre de l'équipe Meta — a été frappé par le fait que Cicéron s'appuyait sur un modèle de langage pour générer son dialogue avec les autres joueurs. Il a senti un potentiel inexploité. L'objectif de l'équipe, a-t-il déclaré, " était de créer le meilleur modèle de langage possible pour jouer à ce jeu ". Mais qu'en serait-il s’ils se concentraient plutôt sur la création du meilleur jeu possible pour améliorer les performances des grands modèles de langage ?

Interactions consensuelles

En 2023, Jacob a commencé à approfondir cette question au MIT, en travaillant avec Yikang Shen, Gabriele Farina et son conseiller Jacob Andreas sur ce qui allait devenir le jeu du consensus. L'idée centrale est venue d'imaginer une conversation entre deux personnes comme un jeu coopératif, où le succès se concrétise lorsqu'un auditeur comprend ce que l'orateur essaie de transmettre. En particulier, le jeu de consensus est conçu pour aligner les deux systèmes du modèle linguistique : le générateur, qui gère les questions génératives, et le discriminateur, qui gère les questions discriminatives.

Après quelques mois d’arrêts et de redémarrages, l’équipe a transposé ce principe dans un jeu complet. Tout d'abord, le générateur reçoit une question. Cela peut provenir d’un humain, ou d’une liste préexistante. Par exemple, " Où est né Barack Obama ? " Le générateur obtient ensuite des réponses de candidats, disons Honolulu, Chicago et Nairobi. Encore une fois, ces options peuvent provenir d'un humain, d'une liste ou d'une recherche effectuée par le modèle de langage lui-même.

Mais avant de répondre, il est également indiqué au générateur s'il doit répondre correctement ou incorrectement à la question, en fonction des résultats d'un pile ou face équitable.

Si c'est face, alors la machine tente de répondre correctement. Le générateur envoie la question initiale, accompagnée de la réponse choisie, au discriminateur. Si le discriminateur détermine que le générateur a intentionnellement envoyé la bonne réponse, chacun obtient un point, en guise d'incitation.

Si la pièce tombe sur pile, le générateur envoie ce qu’il pense être la mauvaise réponse. Si le discriminateur décide qu’on lui a délibérément donné la mauvaise réponse, ils marquent à nouveau tous les deux un point. L’idée ici est d’encourager l’accord. " C'est comme apprendre un tour à un chien ", a expliqué Jacob. " On lui donne une friandise lorsqu'ils fait la bonne chose. "

Le générateur et le discriminateur commencent également doté chacun de  quelques " croyances " initiales. Credo sous forme d'une distribution de probabilité liée aux différents choix. Par exemple, le générateur peut croire, sur la base des informations qu'il a glanées sur Internet, qu'il y a 80 % de chances qu'Obama soit né à Honolulu, 10 % de chances qu'il soit né à Chicago, 5 % de chances qu'il soit né à Nairobi et 5 % de chances qu'il soit ailleurs. Le discriminateur peut commencer avec une distribution différente. Si les deux " acteurs " sont toujours récompensés après être parvenus à un accord, ils se voient également retirer des points s'ils s'écartent trop de leurs convictions initiales. Cet arrangement encourage les joueurs à intégrer leur connaissance du monde – toujours tirée d'Internet – dans leurs réponses, ce qui devrait rendre le modèle plus précis. Sans ce prérequis ils pourraient s’entendre sur une réponse totalement fausse comme celle de Delhi, mais accumuler quand même des points.

Pour chaque question, les deux systèmes jouent environ 1 000 parties l'un contre l'autre. Au cours de ces nombreuses itérations, chaque camp apprend les croyances de l'autre et modifie ses stratégies en conséquence.

Finalement, le générateur et le discriminateur commencent à être davantage d’accord à mesure qu’ils s’installent dans ce qu’on appelle l’équilibre de Nash. C’est sans doute le concept central de la théorie des jeux. Cela représente une sorte d’équilibre dans un jeu – le point auquel aucun joueur ne peut améliorer ses résultats personnels en changeant de stratégie. Au jeu du chifoumi, par exemple, les joueurs obtiennent de meilleurs résultats lorsqu'ils choisissent chacune des trois options exactement un tiers du temps, et ils obtiendront invariablement de moins bons résultats avec toute autre tactique.

Dans le jeu du consensus, cela peut se jouer de plusieurs manières. Le discriminateur pourrait observer qu'il marque un point lorsqu'il dit " correct " chaque fois que le générateur envoie le mot " Honolulu " pour le lieu de naissance d'Obama. Le générateur et le discriminateur apprendront, après avoir joué plusieurs fois, qu'ils seront récompensés s'ils continuent de le faire, et qu'aucun d'eux n'aura aucune motivation pour faire autre chose... consensus qui représente l'un des nombreux exemples possibles d'équilibre de Nash pour cette question. Le groupe du MIT s'est également appuyé sur une forme modifiée d'équilibre de Nash qui intègre les croyances antérieures des joueurs, ce qui permet de maintenir leurs réponses ancrées dans la réalité.

L'effet net, ont observé les chercheurs, est de rendre le modèle linguistique jouant ce jeu plus précis et plus susceptible de donner la même réponse, quelle que soit la façon dont la question est posée. Pour tester les effets du jeu du consensus, l'équipe a essayé une série de questions standard sur divers modèles de langage de taille modérée comportant de 7 milliards à 13 milliards de paramètres. Ces modèles ont systématiquement obtenu un pourcentage plus élevé de réponses correctes que les modèles qui n'avaient pas joué, même ceux de taille beaucoup plus importante, comportant jusqu'à 540 milliards de paramètres. La participation au jeu a également amélioré la cohérence interne d'un modèle.

En principe, n'importe quel LLM pourrait gagner à jouer contre lui-même, et 1 000 tours ne prendraient que quelques millisecondes sur un ordinateur portable standard. "Un avantage appréciable de l'approche globale", a déclaré Omidshafiei, "est qu'elle est très légère sur le plan informatique, n'impliquant aucune formation ni modification du modèle de langage de base."

Jouer à des jeux avec le langage

Après ce premier succès, Jacob étudie désormais d’autres moyens d’intégrer la théorie des jeux dans la recherche LLM. Les résultats préliminaires ont montré qu’un LLM déjà solide peut encore s’améliorer en jouant à un jeu différent – ​​provisoirement appelé jeu d’ensemble – avec un nombre arbitraire de modèles plus petits. Le LLM principal aurait au moins un modèle plus petit servant d’allié et au moins un modèle plus petit jouant un rôle antagoniste. Si l'on demande au LLM primaire de nommer le président des États-Unis, il obtient un point chaque fois qu'il choisit la même réponse que son allié, et il obtient également un point lorsqu'il choisit une réponse différente de celle de son adversaire. Ces interactions avec des modèles beaucoup plus petits peuvent non seulement améliorer les performances d'un LLM, suggèrent les tests, mais peuvent le faire sans formation supplémentaire ni modification des paramètres.

Et ce n'est que le début. Étant donné qu'une variété de situations peuvent être considérées comme des jeux, les outils de la théorie des jeux peuvent être mis en œuvre dans divers contextes du monde réel, a déclaré Ian Gemp , chercheur scientifique chez Google DeepMind. Dans un article de février 2024 , lui et ses collègues se sont concentrés sur des scénarios de négociation qui nécessitent des échanges plus élaborés que de simples questions et réponses. "L'objectif principal de ce projet est de rendre les modèles linguistiques plus stratégiques", a-t-il déclaré.

Un exemple dont il a parlé lors d'une conférence universitaire est le processus d'examen des articles en vue de leur acceptation par une revue ou une conférence, en particulier après que la soumission initiale ait reçu une évaluation sévère. Étant donné que les modèles linguistiques attribuent des probabilités à différentes réponses, les chercheurs peuvent construire des arbres de jeu similaires à ceux conçus pour les jeux de poker, qui tracent les choix disponibles et leurs conséquences possibles. "Une fois que vous avez fait cela, vous pouvez commencer à calculer les équilibres de Nash, puis classer un certain nombre de réfutations", a déclaré Gemp. Le modèle vous dit essentiellement : c'est ce que nous pensons que vous devriez répondre.

Grâce aux connaissances de la théorie des jeux, les modèles de langage seront capables de gérer des interactions encore plus sophistiquées, plutôt que de se limiter à des problèmes de type questions-réponses. "Le gros gain à venir réside dans les conversations plus longues", a déclaré Andreas. "La prochaine étape consiste à faire interagir une IA avec une personne, et pas seulement avec un autre modèle de langage."

Jacob considère le travail de DeepMind comme complémentaire aux jeux de consensus et d'ensemble. " À un niveau élevé, ces deux méthodes combinent des modèles de langage et la théorie des jeux ", a-t-il déclaré, même si les objectifs sont quelque peu différents. Alors que le groupe Gemp transforme des situations courantes dans un format de jeu pour aider à la prise de décision stratégique, Jacob a déclaré : " nous utilisons ce que nous savons de la théorie des jeux pour améliorer les modèles de langage dans les tâches générales. "

À l’heure actuelle, ces efforts représentent " deux branches du même arbre ", a déclaré Jacob : deux manières différentes d’améliorer le fonctionnement des modèles de langage. " Je pense personnellement  que dans un an ou deux, ces deux branches convergeront. " 

Auteur: Internet

Info: https://www.quantamagazine.org/ - Steve Nadis, 9 mai 2024

[ maïeutique machine-machine ] [ discussion IA - FLP ]

nature

Mais je n'oublie pas que je ne suis pas sauvage - le sauvage réside au cœur des forêts et sur les contreforts des montagnes, il est ce qui m'échappe, ce que je n'approche pas de près mais dont l'existence me conforte, ce qui arpente le seuil de mes rêves et ne se laisse apercevoir que dans la liminalité des haies & des orées, au crépuscule ou à l'aurore, quand les yeux se dessillent, que la conscience s'endort, que les portes entrouvertes laissent passer les courants d'air. Il est ce qui grogne et rugit, ce qui hante les cavernes et les interstices, ce qui ondoie dans les profondeurs glaciales, ce qui empoisonne ou guérit, ce que je ne cueille ou dont je ne ramasse les fragments qu'avec humilité, ce qui doit être réveillé.

Auteur: Darsan Lou

Info: Les heures abolies

[ frontière ] [ conscience ] [ marécage ]

orgasme

Ses mains glissent entre ses cuisses et tâtonnent dans la moiteur poisseuse qui y règne, les fluides secs accrochés à un désordre de poils, la douceur glissante des plis écartés d'un doigt, l'humidité rassurante de son centre, les aspérités granuleuses et l'élasticité de ses muscles qui se resserrent autour de ses doigts. D'un pouce, elle éveille son corps en dessinant des cercles concentriques sur sa vulve gonflée. Spirales d'infllux nerveux, fusion électrique qui brûle et irradie, l'univers vibre, un monde explose. Elle tremble -- tout se fige. Quand elle se lève et s'étire, elle est arc oeil douceur rosée peau & marche.

Auteur: Darsan Lou

Info: L'arrachée belle

[ masturbation ] [ spasme ]

couchant

La lueur bordeaux de l'ouest ne semble pas vouloir s'éteindre, le bleu sombre l'emporte sur le noir et le crépuscule se prolonge à avaler la nuit que l'on perçoit presque.

Auteur: Darsan Lou

Info: L'arrachée belle

astrophysique

Qu’est-ce qu’un trou blanc ?

Contrairement à son cousin plus connu le trou noir, dont l’existence est largement acceptée et documentée, le trou blanc reste une notion encore purement théorique ! Celle-ci est en effet abordée, à travers notamment les équations de la relativité générale d’Einstein, sans avoir encore été observée...

 Un trou blanc est théorisé comme étant l’antithèse d’un trou noir. Précisément, les trous noirs se forment généralement à partir des restes d’étoiles massives qui, en fin de vie, s’effondrent sous leur propre gravité. L’étude des trous noirs permet entre autres aux scientifiques d’explorer les principes fondamentaux de la mécanique quantique et de la relativité générale.

En théorie donc, et en opposition au trou noir, un trou blanc éjecterait la matière et la lumière avec une force immense, ne laissant rien les pénétrer. Cette idée découle directement des équations de la relativité générale d’Einstein, qui ont permis de démontrer l’existence de tels phénomènes dans des conditions bien spécifiques.

L'origine théorique des trous blancs

Les trous blancs ont ainsi été présentés pour la première fois comme étant des solutions mathématiques aux équations d’Einstein sur la gravité. Ces équations, qui décrivent la manière dont la matière et l’énergie influencent la courbure de l’espace-temps, démontrent que, suivant certaines configurations de masse et d’énergie, un trou blanc pourrait exister.

 Cependant, la nature exacte de leur formation reste inconnue, et de nombreux scientifiques se demandent si les conditions nécessaires à leur création pourront un jour être réunies dans notre univers…

Des jets de matière et d'énergie

Les trous blancs, selon les théories qui les soutiennent, posséderaient une singularité, un point où les lois de la physique telles que nous les connaissons à ce jour cesseraient de s’appliquer… tout comme dans les trous noirs. Autour de cette singularité, il existerait une frontière théorique connue sous le nom d’horizon des événements, mais, contrairement aux trous noirs, cet horizon empêcherait la matière ou la lumière d’entrer.

Les trous blancs seraient également associés à des jets de matière et d’énergie propulsés à des vitesses proches de celle de la lumière. Un phénomène qui, s’il était observé, pourrait offrir un précieux indice sur leur existence…

Les implications de l’existence des trous blancs

L’existence potentielle des trous blancs pose des questions qui ne cessent d’attiser la curiosité de la communauté scientifique sur la structure et l’évolution de l’univers.

En effet, l’étude des trous blancs pourrait contribuer à résoudre certains des problèmes les plus énigmatiques de la cosmologie, comme ceux concernant la nature de la matière noire, de l’énergie noire ou même des singularités gravitationnelles — points où les lois de la physique telles que nous les connaissons cessent de s’appliquer.

En explorant ces hypothétiques objets célestes, les scientifiques pourraient également faire des découvertes inattendues sur la formation de l’univers, sur les conditions initiales du big bang, et même sur la façon dont l’espace et le temps pourraient se comporter dans des circonstances jusqu’alors inimaginables…

Bien que les trous blancs restent une notion largement théorique, leur étude stimule l’imagination collective et pousse encore plus loin les frontières de la science. Dans cette même perspective, la possibilité de leur existence rappelle l’extraordinaire complexité du cosmos et l’importance de la recherche continue.



 

Auteur: Internet

Info: https://www.geo.fr/sciences/quest-quun-trou-blanc-220104#photo-1 - 11 mai 2024

[ trou-blanc ]

pouvoir sémantique

Socrate a dit : "Le mauvais usage du langage induit le mal dans l'âme". Il ne parlait pas de grammaire. Faire un mauvais usage de la langue, c'est l'utiliser comme le font les politiciens et les publicitaires, pour le profit, sans assumer la responsabilité du sens des mots. La langue utilisée comme un moyen d'obtenir le pouvoir ou de gagner de l'argent est mauvaise : elle ment. La langue utilisée comme une fin en soi, pour chanter un poème ou raconter une histoire, va dans le bon sens, vers la vérité. Un écrivain est une personne qui se soucie du sens des mots, de ce qu'ils disent et de la manière dont ils le disent. Les écrivains savent que les mots sont leur chemin vers la vérité et la liberté, et c'est pourquoi ils les utilisent avec soin, avec réflexion, avec crainte, avec plaisir. En utilisant bien les mots, ils renforcent leur âme. Les conteurs et les poètes passent leur vie à apprendre l'art et la manière de bien utiliser les mots. Et leurs mots rendent l'âme de leurs lecteurs plus forte, plus lumineuse, plus profonde.

Auteur: Le Guin Ursula K.

Info:

[ exactitude ] [ beauté ] [ tromperie ]

disponibilité mentale

Une zone du cerveau qui serait la porte de la conscience

Le cortex insulaire antérieur serait la porte de la conscience, d'après de nouveaux travaux américains. Inactivée, elle empêcherait la prise de conscience des stimuli.

Parmi les milliers de stimuli visuels, auditifs ou autres que notre cerveau traite en continu chaque jour, seuls certains passent la porte de notre conscience. Mais le mécanisme qui permet de sélectionner les stimuli dont nous avons conscience des autres n'est toujours pas clair. Pour des chercheurs du Center for Consciousness Science du Michigan Medicine (Etats-Unis), la clé se situerait dans une partie de notre cerveau appelée le cortex insulaire antérieur. Ces travaux sont publiés dans la revue Cell Reports.

LES 4 THÉORIES DE LA CONSCIENCE. Pour comprendre, mais aussi pour analyser les observations issues des expériences, la science de la conscience a besoin de théories. Il en existe quatre principales : l’espace de travail global, l’ordre supérieur, l’information intégrée et le processus récurrent ou de premier ordre. Pour en savoir plus, lisez le passionnant numéro de La Recherche d'avril-juin 2021 !

Une "structure critique" contrôlerait l'entrée des informations dans la conscience

"Le traitement de l'information dans le cerveau a deux dimensions : le traitement sensoriel de l'environnement sans conscience et celui qui se produit lorsqu'un stimulus atteint un certain niveau d'importance et entre dans la conscience", explique dans un communiqué Zirui Huang, premier auteur de la publication. "Malgré des décennies de recherche en psychologie et en neurosciences, la question de savoir pourquoi certains stimuli sensoriels sont perçus de manière consciente alors que d'autres ne le sont pas reste difficile à résoudre", introduisent les auteurs dans la publication. Ils émettent alors l'hypothèse qu'il existe une "structure critique" où "l'accès conscient aux informations sensorielles est contrôlé". Ils ont même un suspect : le cortex insulaire antérieur, qui a précédemment été reconnu comme une plaque tournante centrale du cerveau, notamment "car il reçoit des entrées de différentes modalités sensorielles et de l'environnement interne", comme les émotions. 

Lorsque le cortex insulaire antérieur est éteint, la conscience aussi

Pour le prouver, l'équipe se penche sur 26 sujets qu'ils examinent à l'IRM fonctionnelle, qui permet de voir les zones activées du cerveau dans le temps. Ils leur injectent alors un anesthésiant, le propofol, pour contrôler leur niveau de conscience. Comme imaginer une action active les mêmes zones du cerveau que de les réaliser réellement, les chercheurs ont ensuite demandé aux sujets de s'imaginer dans plusieurs situations. Ils devaient s'imaginer en train de jouer au tennis, de marcher le long d'un chemin ou de serrer leur main, ainsi que d'effectuer une activité motrice (serrer une balle en caoutchouc) alors qu'ils perdaient progressivement conscience et la retrouvaient après l'arrêt du propofol.

Résultat, la perte de conscience due au propofol "crée un dysfonctionnement du cortex insulaire antérieur" ainsi qu'une altération des réseaux cérébraux nécessaires aux états de conscience. En revanche, aucune des autres régions impliquées dans la régulation sensorielle ou l'éveil, comme le thalamus, ne répondaient de cette façon. "Un stimulus sensoriel active normalement le cortex insulaire antérieur", explique Hudetz. "Mais lorsque vous perdez conscience, le cortex insulaire antérieur est désactivé et les changements de réseau dans le cerveau qui soutiennent la conscience sont perturbés." Le cortex insulaire antérieur pourrait donc agir comme un filtre qui ne permet qu'aux informations les plus importantes d'entrer dans la conscience.

Le cortex insulaire antérieur serait la porte de la conscience

Pour confirmer ces résultats, la deuxième expérience cherche à savoir si l'activation du cortex insulaire antérieur est prédictive de la prise de conscience d'une information. Pour le savoir, les chercheurs montrent un visage sous forme d'image subliminale – qui reste 33 millisecondes à l'écran – à 19 volontaires sains placés dans l'IRM fonctionnelle. Les volontaires doivent ensuite dire s'ils ont vu ou non le visage. Les scientifiques constatent alors que l'activation préalable du cortex insulaire antérieur était prédictif de la capacité du sujet à percevoir consciemment l'image du visage. "Le cortex insulaire antérieur a une activité qui fluctue continuellement", explique Zirui Huang. "La détection d'un stimulus dépend de l'état de l'insula antérieure lorsque l'information arrive dans le cerveau : si l'activité de l'insula est élevée au moment du stimulus, vous verrez l'image. Sur la base des résultats de ces deux expériences, nous concluons que le cortex insulaire antérieur pourrait être une porte pour la conscience."



 

Auteur: Internet

Info: https://www.sciencesetavenir.fr/ - Camille Gaubert, 4.05.2021

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cognition

Les secrets de la conscience : l'imagerie cérébrale révèle pour la première fois des connexions critiques 

Des chercheurs américains ont réussi à cartographier un réseau cérébral essentiel dans l'intégration de l'éveil et de la conscience humaine, en utilisant des techniques d'IRM multimodales avancées. Cette approche offre de nouvelles pistes pour traiter certains troubles neurologiques.

(Image : illustration d'une galaxie dans la silhouette d'une tête humaine représentant l'éveil de la conscience)

Au cœur des neurosciences se trouve un défi complexe : comprendre les fondements de la conscience humaine. Entre éveil et perception, se dessinent des réseaux cérébraux dont les mystères ont longtemps échappé à nos outils d'observation. Mais grâce à la neuro-imagerie, les chercheurs ont identifié un réseau cérébral crucial pour la conscience humaine.

Dans un article publié le 1er mai 2024 dans Science Translational Medicine, un groupe de chercheurs du Massachusetts General Hospital et du Boston Children's Hospital, aux États-Unis, tous deux faisant partie du système de santé Mass General Brigham, ont réussi à cartographier un réseau cérébral sous-cortical crucial dans l'intégration de l'éveil et de la conscience humaine. 

Éveil et conscience : deux dimensions de l'activité cérébrale

L'éveil concerne l'activité et l'attention du cerveau, tandis que la conscience implique nos pensées et sensations résultant de l'intégration d'informations sensorielles et émotionnelles. Il est intéressant de noter que ces deux aspects de la conscience peuvent être dissociés, comme chez les patients en état végétatif qui présentent des cycles d'éveil mais une absence de conscience.

Si le cortex cérébral est considéré comme le siège principal des processus neuronaux de la conscience, les voies sous-corticales ascendantes du tronc cérébral, de l'hypothalamus, du thalamus et du cerveau basal sont essentielles pour l'éveil. Les voies ascendantes transportent des informations sensorielles et des signaux moteurs depuis le tronc cérébral vers le cerveau.

Visualiser les connexions cérébrales à une résolution submillimétrique

À l'aide de techniques d'IRM multimodales avancées, les chercheurs ont pu visualiser les connexions cérébrales à une résolution spatiale submillimétrique.

Cette approche leur a permis de cartographier des connexions jusqu'alors inconnues entre le tronc cérébral, le thalamus, l’hypothalamus, le prosencéphale basal et le cortex cérébral, formant ainsi ce qu'ils nomment le "réseau d'éveil ascendant par défaut", essentiel pour maintenir l'éveil.

Le tronc cérébral est une partie essentielle du cerveau située à la base, qui contrôle des fonctions vitales comme la respiration et la fréquence cardiaque. Le thalamus agit comme un relais pour les informations sensorielles, aidant à les transmettre au cortex cérébral pour le traitement. L’hypothalamus joue un rôle clé dans la régulation des fonctions corporelles telles que la faim, la soif, et le sommeil. Le prosencéphale basal est impliqué dans le contrôle des mouvements et des émotions. Le cortex cérébral est la couche externe du cerveau responsable des fonctions cognitives supérieures telles que la pensée, la perception et la conscience. Ensemble, ces régions forment un réseau appelé le "réseau d'éveil ascendant par défaut", crucial pour maintenir l'état de veille et la conscience dans le cerveau.

(Illustration : Anatomie du cerveau en coupe)

"Notre objectif était de cartographier un réseau cérébral (ensemble de régions du cerveau qui travaillent conjointement pour effectuer des fonctions spécifiques, connectées par des voies de communication neuronales) crucial pour la conscience humaine et de fournir aux cliniciens des outils améliorés pour détecter, prédire et favoriser la récupération de la conscience chez les patients atteints de graves lésions cérébrales", explique Brian Edlow, premier auteur de l'étude, co-directeur du Neuroscience Mass General et directeur associé du Center for Neurotechnology and Neurorecovery (CNTR), dans un communiqué.

Ce réseau " ascendant par défaut de l'éveil" maintient l'éveil dans le cerveau conscient au repos. Le concept d'un réseau " par défaut" repose sur l'idée que certains systèmes de neurones dans le cerveau sont le plus activement fonctionnels lorsque le cerveau est dans un état de repos conscient. En revanche, d'autres réseaux sont plus actifs lorsque le cerveau effectue des tâches dirigées vers des objectifs.

Intégration des données IRM pour cartographier le réseau cérébral

Pour étudier les propriétés fonctionnelles de ce réseau cérébral par défaut, les chercheurs ont combiné des techniques d'imagerie cérébrale avancées, intégrant des données de tractographie par IRM de diffusion ex vivo (cultures cellulaires) et d'IRM fonctionnelle (IRMf) in vivo (humain) à 7 Tesla (7-T).

Les données d'IRM ont ainsi permis de localiser les zones dans le cerveau et d'étudier leurs connexions à l'aide de techniques de tractographie par IRM de diffusion. L’analyse des données d'IRM fonctionnelle, quant à elle, a permis aux chercheurs de comprendre comment ces connexions influent sur l'état d'éveil et de conscience du cerveau humain.

Ces analyses ont finalement révélé des connexions fonctionnelles entre le réseau ascendant par défaut du tronc cérébral et le réseau mode par défaut cortical qui contribue à la conscience de soi dans le cerveau conscient au repos. Les cartes de connectivité structurelle et fonctionnelles complémentaires fournissent une base neuroanatomique pour intégrer l'éveil et la conscience dans la conscience humaine.

(image en coupe montrant un exemple de données de tractographie par IRM de diffusion. Il s'agit là d'une vue latérale du tractus moteur, le tractus corticospinal, d'un sujet humain.)

Feuille de route pour mieux comprendre 

"Les connexions cérébrales humaines que nous avons identifiées peuvent être utilisées comme une feuille de route pour mieux comprendre un large éventail de troubles neurologiques associés à une conscience altérée, allant du coma, aux crises, au syndrome de mort subite du nourrisson (SIDS)", précise Hannah Kinney, MD, Professeure Émérite à l'Hôpital pour Enfants de Boston et à l'École de Médecine de Harvard, dans un communiqué.

Les données de cette étude pourraient servir de base pour comprendre divers troubles neurologiques liés à une altération de la conscience. Les chercheurs ont mis à disposition des données IRM et des méthodes de cartographie cérébrale, ainsi qu'un nouvel atlas du Réseau Ascendant de l'Éveil de Harvard, pour soutenir de futures recherches dans ce domaine.

Les auteurs mènent actuellement des essais cliniques pour stimuler le réseau ascendant par défaut de l'éveil chez les patients en coma après une lésion cérébrale traumatique, dans le but de réactiver le réseau et de restaurer la conscience.

Auteur: Internet

Info: sciencesetavenir.fr - Juliette Frey le 10.05.2024

[ vigilance ] [ proencéphale basal ]

abrutissement

... mais la liberté de pensée sur Internet est d'autant plus totale qu'on s'est bien assuré que les gens ont cessé de penser.

Auteur: Le Tellier Hervé

Info: L'Anomalie

[ infobésité ] [ agnotologie ]

dualité

Suis-je un génie ? Je ne le pense pas. Pas encore en tout cas. Comme dirait Burt, en parodiant les euphémismes du jargon des éducateurs, je suis exceptionnel - terme démocratique utilisé pour éviter les étiquettes infamantes de doué ou de faible (qui signifient brillant ou attardé), mais dès qu'exceptionnel commencera à avoir quelque signification pour quelqu'un, on le changera. Il semble que la règle soit de n'utiliser une expression que tant qu'elle ne signifie rien pour personne. Exceptionnel s'entend aussi bien pour un extrême que pour l'autre, si bien que j'ai été exceptionnel toute ma vie.

Auteur: Keyes Daniel

Info: Des fleurs pour Algernon

[ sémantique ] [ inversion ] [ relativité ]