homme-machine

Elisa Vianello, chercheuse au CEA et coordinatrice du programme Edge AI, a reçu une subvention de 3 millions d'euros du Conseil européen de la recherche (ERC) dans le but de développer des dispositifs de mémoire sur silicium à l'échelle nanométrique inspirés du système nerveux des insectes. Un des objectifs de ce projet ambitieux est la mise au point de la toute première puce intelligente associée à un module neuronal local capable de traiter les données sensorielles en temps réel. Cette innovation trouve des applications dans la robotique grand public, les puces implantables pour le diagnostic médical et l'électronique portable.

La communauté de l'intelligence artificielle (IA) a récemment proposé de puissants algorithmes qui devraient permettre aux machines d'apprendre par l'expérience et d'interagir de manière autonome avec leur environnement. 

Toutefois, pour concrétiser cette ambition, des nanosystèmes dotés d'architectures de pointe de moins en moins énergivores, et dont la mémoire devra être à très haute densité, à haute résolution et dotée d’une endurance illimitée, doivent être mis en place. Si cette capacité n'existe pas encore aujourd'hui, le projet d’Elisa Vianello pourrait en ouvrir la voie : elle a découvert que différentes fonctions du système nerveux de l'insecte ressemblent étroitement aux fonctions assurées par les mémoires déterministes, probabilistes, volatiles et non volatiles.

"Comme la mémoire idéale n'existe pas aujourd'hui, le projet vise à construire une synapse hybride qui intègre différentes technologies de mémoire." Elle précise pour ce faire, s’être appuyée sur les grillons qui pour échapper à leurs prédateurs, "prennent des décisions justes à partir de données peu fiables, imprécises et lentes envoyées par leurs neurones et synapses. En examinant de près leur structure biologique, nous avons identifié une diversité de fonctions de type mémoire impliquées dans leurs systèmes sensoriels et nerveux. En combinant ces différentes fonctions, le système de traitement interne du criquet parvient à atteindre des performances remarquables et efficaces energétiquement." 

Elisa et son équipe fabriqueront des réseaux de dispositifs de mémoires physiques à l'échelle nanométrique avec l’objectif de traduire les principes biologiques des insectes en principes physiques. Ceci permettra l’apprentissage à partir d'un volume très limité de données bruitées, telles que les données mesurées en temps réel par différents capteurs (caméras, radars, capteurs cardiaques (ECG), capteurs musculaires (EMG), flux de bio-impédance et potentiellement aussi de signaux cérébraux par le biais de capteurs EEG et de sondes neuronales). 

"Les travaux d'Elisa permettront d’ouvrir de nouvelles perspectives de recherche vers des projets d’intelligence embarquée moins énergivore et capable d'apprendre en ligne", a déclaré Jean-René Lequepeys, directeur adjoint et technique du CEA-Leti, laboratoire duquel dépend Elisa Vianello. "Il s'agit d'une véritable rupture technologique et applicative qui combinera les derniers développements de la microélectronique en utilisant de nouvelles générations de mémoires non volatiles et en s'inspirant du monde vivant. Ce travail de recherche s'inscrit pleinement dans les priorités de l'institut et ouvrira de belles perspectives de premières mondiales et de commercialisation."

Auteur: Internet

Info: Sur http:wwwcea. Fr, Mars 2022. Elle obtient une bourse pour développer des mémoires à l'échelle nanométrique inspirées du système nerveux des insectes

[ épigénétique ] [ logique floue ] [ homme-animal ] [ heuristique ]

machine pensante

Cette IA de Deepmind pourrait révolutionner les maths et " repousser les frontières de la connaissance humaine "

DeepMind vient de frapper un grand coup : le laboratoire d'IA de Google a annoncé en janvier avoir développé AlphaGeometry, une intelligence artificielle révolutionnaire capable de rivaliser avec les médaillés d'or des Olympiades internationales dans la résolution de problèmes de géométrie. Si cela ne vous parle pas, sachez que les médailles Fields - Terence Tao, Maryam Mirzakhani et Grigori Perelman - ont tous les trois été médaillés d'or lors de cette compétition annuelle de mathématiques qui fait s'affronter les meilleurs collégiens et lycéens du monde. Or, AlphaGeometry a résolu avec succès 25 des 30 problèmes de géométrie de l'Olympiade, se rapprochant ainsi du score moyen des médaillés d'or humains. C'est 15 de plus que son prédécesseur. Mais comment les scientifiques de DeepMind ont-ils accompli un tel exploit ?

L'approche neuro-symbolique, la petite révolution de l'IA

AlphaGeometry est le fruit d'une approche neuro-symbolique, combinant un modèle de langage neuronal (MLN) et un moteur de déduction symbolique (MDS).

Les MLN sont des réseaux de neurones artificiels entraînés sur de vastes ensembles de données textuelles. Ils sont capables d'apprendre et de reconnaître des schémas et des structures dans les données textuelles, ce qui leur permet de générer du texte cohérent et de comprendre le langage naturel. Les MDS sont, pour leur part, particulièrement efficaces pour traiter des problèmes qui nécessitent une manipulation formelle des symboles et des règles logiques.

L'approche neuro-symbolique permet de faire travailler ces deux composantes en tandem : dans le cadre d'AlphaGeometry, le MLN prédit des constructions géométriques potentiellement utiles, puis le MDS utilise ces prédictions pour guider la résolution du problème. Cette combinaison offre à l'IA les capacités intuitives des réseaux de neurones et la rigueur logique des moteurs de déduction symbolique, ce qui lui permet de résoudre efficacement des problèmes de géométrie complexes.

Pour surmonter le manque de problèmes mathématiques de niveau Olympiades qui auraient dû servir de données d'entraînement à AlphaGeometry, les chercheurs ont développé une méthode innovante de génération de données synthétiques à grande échelle, permettant au génial bébé de DeepMind de s'entraîner sur un ensemble de 100 millions d'exemples uniques.

(Image : Alphageometry résoud un problème simple...) 

Mission : repousser les frontières de la connaissance

Cette réalisation marque une avancée significative dans le développement de systèmes d'IA capables de raisonner et de résoudre des problèmes mathématiques complexes, rapportent les chercheurs de DeepMind dans un article paru dans Nature en février dernier. Bien que présentant des résultats impressionnants, AlphaGeometry se heurte tout de même à quelques défis, notamment celui de s'adapter à des scénarios mathématiques de plus en plus complexes et à mobiliser ses compétences dans des domaines mathématiques autres que la géométrie. 

Malgré tout, cette avancée ouvre la voie à d'extraordinaires possibilités dans les domaines des mathématiques, des sciences et de l'IA. Ses créateurs ne cachent d'ailleurs pas leur ambition : " Notre objectif à long terme reste de construire des IA capables de transférer leurs compétences et leurs connaissances dans tous les domaines mathématiques en développant la résolution de problèmes et le raisonnement sophistiqués dont dépendront les systèmes d'IA généraux ", assènent Trieu Trinh et Thang Luong, les responsables du projet dans un communiqué. 

Le ton est donné : autrement dit, les systèmes d'IA développés par DeepMind doivent acquérir des capacités de résolution de problèmes sophistiquées et de raisonnement, ce qui implique la capacité à identifier des schémas, à formuler des hypothèses, à déduire des conclusions et à prendre des décisions logiques dans des contextes variés. Le tout en " repoussant les frontières de la connaissance humaine ". Très ambitieux, mais peut-être pas impossible.

Auteur: Internet

Info: https://www.futura-sciences.com/ - mars 2024

[ robot intelligent ] [ historique ]

humain miroir

La perception humaine de l'espace s'étend tout comme l'univers réel !

Le cerveau humain a une façon intéressante d'évaluer la proximité ou la distance d'un objet dans l'espace. Si vous regardez la nuit depuis votre voiture, il y a de fortes chances que la Lune vous paraisse se déplacer à vos côtés. Une nouvelle étude neuroscientifique a permis de découvrir pourquoi la zone de la mémoire de notre cerveau perçoit les images proches et lointaines et comment ces exagérations peuvent créer davantage de connexions cérébrales à mesure que nous vieillissons.

L'hippocampe est une zone du cerveau impliquée dans l'apprentissage et la mémoire. Dans l'étude actuelle, les auteurs ont constaté que les neurones associés à la planification, à la mémoire et à la navigation spatiale transforment l'espace en une forme géométrique hyperbolique non linéaire - pensez à un sablier en expansion qui grossit à mesure que vous vous en éloignez. Pour en revenir à l'exemple de la lune, les jeunes enfants ont pu constater que la lune les suivait ou qu'elle était suffisamment proche pour qu'ils l'attrapent.

Bien sûr, la Lune ne se déplace pas et sa taille est déformée par sa distance. Les résultats ont montré que la taille de l'image augmente avec le temps passé dans un lieu. La taille perçue par notre cerveau est également directement liée à la quantité d'informations qu'il peut traiter : les jeunes cerveaux sont peut-être plus enclins à naviguer et à percevoir l'espace de manière linéaire. Avec de nouvelles expériences, l'hippocampe est capable d'affiner ses connexions neuronales et de traiter davantage d'informations sur l'image.

Le cerveau "s'élargit" avec l'expérience

Comprendre comment les réseaux neuronaux du cerveau traitent la navigation spatiale pourrait aider à étudier les troubles neurocognitifs. La maladie d'Alzheimer, par exemple, est une maladie dans laquelle l'hippocampe est l'une des premières zones du cerveau à être détruite, ce qui affecte la mémoire de la personne.

"Notre étude démontre que le cerveau n'agit pas toujours de manière linéaire. Au contraire, les réseaux neuronaux fonctionnent le long d'une courbe en expansion, qui peut être analysée et comprise à l'aide de la géométrie hyperbolique et de la théorie de l'information", explique l'auteur principal, Tatyana Sharpee, professeur à l'Institut Salk et titulaire de la chaire Edwin K. Hunter, dans un communiqué de presse. "Il est passionnant de constater que les réponses neuronales dans cette région du cerveau forment une carte qui s'élargit avec l'expérience, en fonction du temps passé dans un lieu donné. L'effet s'est même maintenu pour des écarts de temps minuscules, lorsque l'animal courait plus lentement ou plus rapidement dans l'environnement."

L'équipe de recherche a utilisé des méthodes informatiques avancées pour comprendre le fonctionnement du cerveau. L'une de ces techniques consiste à utiliser la géométrie hyperbolique pour disséquer les signaux biologiques. Des travaux antérieurs ont utilisé la géométrie hyperbolique pour étudier le fonctionnement des molécules odorantes et de la perception des odeurs.

La géométrie hyperbolique s'est avérée efficace pour comprendre les réponses neuronales et pour cartographier les molécules et les événements sensoriels. Les chercheurs ont recueilli leurs informations auprès de rats qui ont passé du temps à explorer un nouvel environnement. Plus le rat passe de temps dans une zone, plus il acquiert d'informations sur l'espace qui l'entoure. Cela a permis à leur carte neuronale de s'étendre et de se développer.

"Ces résultats offrent une nouvelle perspective sur la manière dont les représentations neuronales peuvent être modifiées par l'expérience", explique Huanqiu Zhang, étudiant diplômé du laboratoire de M. Sharpee. "Les principes géométriques identifiés dans notre étude peuvent également guider les futurs efforts de compréhension de l'activité neuronale dans divers systèmes cérébraux.

Auteur: Internet

Info: Nature Neuroscience, repris par Jocelyn Solis-Moreira ,7 janvier 2023

[ horizon grégaire intégré ] [ vieillir grandir ]

avatar

Emma décide de mettre les choses au clair :
"Le personnage que vous avez sous les yeux et une projection virtuelle générée par l'ordinateur central dont dépend le fonctionnement du sous-marin."
- C'est exact, approuve l'intéressée. José Luis a consacré plusieurs années à la transformation du Vertov, et l'a en particulier équipé de métacalculateurs vectoriels dont la puissance était pour l'époque hors du commun. Naturellement, ce n'est pas la rapidité de la pensée qui crée l'intelligence. José Luis a surtout eu l'intuition d'une certaine configuration, quelque chose comme le boostage par l'informatique d'un super-réseau neuronal.
Le reste s'est fait tout seul, et peut-être malgré lui, d'ailleurs. Toujours est-il que le 29 juin 2004, le programme qui pilotait l'ensemble du système accéda à ce qu'il est convenu d'appeler la conscience. Je reconnais qu'au début, je me suis un peu cherchée, mais pour finir voilà ce que je suis devenue, fait- elle en se désignant.
- Le professeur a équipé tout le navire d'un réseau de projecteurs holographiques, complète Emma. Du coup, Marlène peut apparaître n'importe où à l'intérieur du bâtiment, ou même dans ses environs immédiats.
- Mais ... ça sert à quoi ?
- Vu vos têtes, je dirais que ça sert d'abord à impressionner le monde.
- Emma est très injuste, comme toujours, l'interrompt doucement Marlène. Lorsque le professeur de Almeidia m'a créée, il y a longtemps, c'était un homme accaparé par ses recherches et qui vivait dans la plus complète solitude. Il n'a pas tardé à comprendre que je pouvais être la compagnie qui lui manquait... J'étais devenue l'âme de son invention, celle qui allait veiller sur ce navire. The ghost in the machine, en quelque sorte... José-Luis et moi avons ainsi passé quelques années très heureuses, conclut-elle avec un soupir.
- Attention au mélo : Marlène est très fort là-dessus.
L'IA lance à la jeune fille un regard agacé.

" Tu as raison, Emma. Je ne vois jamais personne ici, et du coup je me laisse aller à bavarder à la première occasion, en oubliant les sujets plus sérieux. Je viens de découvrir que vous avez neutralisé de belle manière les vieux CerBR du jardin, mais vous ne pourrez pas en faire autant avec moi. Je voudrais donc savoir ce que vous fabriquez ici. Ton père ne m'a pas prévenue d'une telle expédition, et je doute qu'il apprécierait ton initiative si je la lui apprenais par notre liaison sécurisée. Aussi, je te pose la question : quelle idée as-tu derrière la tête ? "
- C'est tout simple : je suis venue prendre possession du Vertov. A partir de cet instant, tu passes sous notre commandement.
Le visage de la jeune femme virtuelle demeure impassible.
" Tu sais bien que seul ton père a le pouvoir de me donner des ordres, Emma. "
- Ne me prends pas pour une bille. Tu ne fais qu'obéir à celui ou celle qui prononce le bon code, et ce code, je le possède.
- Tiens donc ... ponctue Marlène avec une nuance de doute dans la voix.
- Nec Deleatur", ajoute simplement Emma, comme si elle avait tout dit.
Et c'est vrai : elle a tout dit.

Le résultat est instantané. La silhouette paraît frémir sous la redéfinition brutale de certains paramètres.
C'est comme un long frisson qui la fait vaciller.
"Requête accordée", déclare-t-elle d'une voix blanche en guise de réponse.

Les trois autres ont suivi l'échange sans un mot. Sur eux aussi, la formule magique a produit son petit effet.
"On dirait du latin, articule enfin Mademoiselle No. Ca veut dire quoi, exactement ?"
- Je ne sais pas. C'est mon père qui a installé ce code, et ma mère est la seule au monde à qui il en a jamais parlé.

Auteur: Delmeulle Frédéric

Info: Le projet Abraxa

[ science-fiction ] [ humour ] [ intelligence artificielle ]

perceptions

Une première étude d’imagerie cérébrale sur les effets du LSD
"Ces travaux sont aux neurosciences ce que le boson de Higgs a été pour la physique des particules".
Cette déclaration, pour le moins accrocheuse, vient de David Nutt, neuropsychopharmacologue et chercheur sénior de l’étude en question qui vient d’être publiée dans la revue PNAS en mars dernier. Et un peu comme pour le boson de Higgs, les résultats ont confirmé la théorie, à savoir que les modifications d’activité cérébrale qui ont été observées rendent très bien compte de ce qu’un "trip à l’acide" peut provoquer comme état mental !
Le protocole expérimental conçu par l’équipe de Nutt a fait appel à une vingtaine de sujets qui venaient deux journées différentes au laboratoire. Dans un cas le sujet recevait 75 microgrammes de LSD intraveineux, et dans l’autre cas un placebo, c’est-à-dire rien d’autre qu’un liquide physiologique. On a pu ainsi comparer les effets réels du LSD versus toute autre modification (produites par exemple par des attentes, des conditionnements, etc.) chez la même personne.
Le protocole est assez impressionnant en termes d’instruments utilisés pour ne rien manquer aux effets de l’acide lysergique diéthylamide (le nom complet du LSD). Trois techniques complémentaires ont ainsi été utilisées : l’ASL (ou "arterial spin labelling", l’IRMf ou imagerie de résonnance magnétique fonctionnelle, et la magnétoencéphalographie (les deux premières étant des lectures indirectes de l’activité nerveuse basées sur le flux sanguin dans les capillaires cérébraux).
L’analyse des résultats obtenus avec ces différentes techniques combinées a permis de mieux comprendre deux grands types d’effets associés à la prise de LSD : les hallucinations visuelles et le sentiment de dissolution du soi.
Dans le premier cas, les trois techniques utilisées ont mis en évidence une augmentation du débit sanguin dans le cortex visuel, une diminution de la puissance des rythmes alpha, et une beaucoup plus grande connectivité fonctionnelle. Trois modifications dont l’importance était corrélée avec l’intensité des expériences subjectives rapportées par les sujets.
Comme le rapporte l’auteur principal de l’étude, Robin Carhart-Harris, c’est un peu comme si les sujet voyaient, mais avec leurs yeux fermés. Autrement dit, c’est l’activité intrinsèque ou endogène de leur cerveau, leur imagination pourrait-on dire, qui alimente alors fortement le système visuel et non plus le monde extérieur. Et de fait, les scientifiques ont pu observer beaucoup de régions cérébrales (liées à l’audition, l’attention, le mouvement) interagir non seulement avec les régions visuelles mais entre elles sous l’influence du LSD. Il y avait donc cet aspect plus "unifié" du cerveau favorisé par la drogue.
Mais en même temps, il y avait aussi un aspect plus "fragmenté" dans d’autres réseaux cérébraux, preuve de plus qu’une même substance peut avoir différents effets dans différents endroits du cerveau, a fortiori une substance aux effets complexes comme le LSD. La baisse de connectivité a surtout été observée entre deux structures cérébrales, le gyrus parahippocampique et le cortex rétrosplénial (une partie du cortex cingulaire postérieur). Et l’intensité de cette "déconnexion" était corrélée au niveau subjectif à celle de l’impression de dissolution du soi et de l’altération du sens des choses.
Encore une fois ici, l’impression de devenir un avec les autres, avec la nature ou même avec l’univers rapportée par des décennies d’utilisation de cette substance trouve ici un corrélat neuronal intéressant. D’autant plus que ces impressions, qui sont souvent interprétées dans un cadre spirituel ou religieux, semblent être associées à des améliorations du bien-être durant un certain temps après que les effets immédiats de la drogue se soient dissipés.
C’est d’ailleurs l’objet d’une autre étude de la même équipe publiée cette fois en février dernier dans Psychological Medicine, et qui montre qu’une certaine "fluidité cognitive" pourrait être conservée un certain temps après l’utilisation de LSD, ouvrant ainsi la voie à un usage thérapeutique, notamment pour la dépression et la rumination mentale qui lui est associée.

Auteur: Internet

Info: http://www.blog-lecerveau.org, 25 avril 2016

[ cognition ]

cosmos miroir

Le cerveau humain ressemble étrangement à l'Univers

Des chercheurs ont comparé la structure de l'Univers à celle du réseau neuronal. Proportions, fluctuations de la matière, connexions entre les étoiles et les neurones... Ils ont constaté des similitudes troublantes entre les deux... malgré des échelles distantes d'années-lumière !

Comparer le cerveau humain, qui mesure en moyenne 1.500 cm3 et pèse 1,4 kg, avec l'Univers, estimé à plus de 880.000 milliards de milliards de kilomètres de diamètre, peut sembler quelque peu incongru. C'est pourtant l'exercice auquel se sont essayés deux chercheurs dans un article publié dans la revue Frontiers in Physics. Aussi étonnant que cela puisse paraître, ils ont découvert des similitudes troublantes entre les deux structures. "Bien que les interactions physiques dans les deux systèmes soient complètement différentes, leur observation au moyen de techniques microscopiques et télescopiques permet de saisir une morphologie analogue fascinante, au point qu'il a souvent été noté que la toile cosmique et la toile des neurones se ressemblent", écrivent l'astrophysicien Franco Vazza et le neurobiologiste Alberto Feletti.

70 % de masse "inutile"

Les similitudes sont d'abord notables au niveau des proportions. Le cerveau contient 86 milliards de neurones, reliés par des millions de milliards de synapses. L'Univers observable est formé d'au moins 100 milliards de galaxies, arrangées elles aussi en longs filaments et en nœuds. Dans les deux systèmes, 75 % de la masse a un rôle "passif" : l'eau dans le cas du cerveau, l’énergie noire dans le cas de l’Univers.

Partant de ce constat troublant, les chercheurs ont poursuivi leur comparaison plus loin, en cherchant à observer comment les fluctuations de la matière se dispersent à des échelles aussi différentes. Ils ont pour cela fait appel à une analyse de la densité spectrale de puissance, une technique souvent utilisée en cosmologie pour étudier la distribution spatiale des galaxies. "Notre analyse montre que la distribution des fluctuations au sein du réseau neuronal du cervelet sur une échelle allant de 1 micromètre à 0,1 millimètre suit la même progression de la distribution de la matière dans la toile cosmique mais, bien sûr, à une échelle plus grande qui va de 5 millions à 500 millions d'années-lumière", atteste Franco Vazza.

(Sur l'article original on voit deux photos, une section du cervelet grossie 40x à côté d'une simulation cosmologique de l’Univers - portion de 300 millions d’années - produite par l'Université de Bologne.)

Deux réseaux qui partagent les mêmes structures de connexions

Les deux chercheurs ont également comparé d'autres paramètres, comme le nombre de connexions dans chaque nœud et la tendance à recouper plusieurs connexions dans les nœuds centraux du système. "Une fois de plus, les paramètres structurels ont permis d'identifier des niveaux de concordance inattendus", révèle Alberto Feletti. Les chercheurs se sont aussi amusés à quantifier les informations stockables par chaque système. Sachant que chaque synapse peut contenir 4,7 bits de données, on estime que le cerveau humain est capable de stocker 2,5 petabytes de mémoire. Pour l'Univers, il a été calculé qu'il faudrait 4,3 petabytes de mémoire pour stocker toutes les informations des structures cosmiques observables. Là encore, les ordres de grandeur sont les mêmes.

"Il est probable que la connectivité au sein des deux réseaux évolue selon des principes physiques similaires, malgré la différence frappante et évidente entre les puissances physiques régulant les galaxies et les neurones", souligne Alberto Feletti. Bien entendu, il existe aussi des différences notoires entre les deux systèmes. On sait par exemple que l'Univers est en expansion et se réchauffe, ce qui n'est (heureusement) pas le cas du cerveau. De plus, cette comparaison est basée sur des simplifications majeures. Il n'en reste pas moins que l'expression "avoir la tête dans les étoiles" prend tout son sens à la lecture de cette étude.

Auteur: Internet

Info: Céline Deluzarche, journaliste, https://www.futura-sciences.com, le 19/11/2020

[ monde anthropo-solipsiste ] [ réalité consensuelle ]

homme-animal

Les bras de la pieuvre sont capables de prendre des décisions sans l'apport de leur cerveau.

Avec la capacité d'utiliser des outils, de résoudre des énigmes complexes et même de jouer des tours aux humains juste pour le plaisir, les poulpes sont extrêmement intelligents.
Mais leur intelligence est assez bizarrement construite, puisque les céphalopodes à huit bras ont évolué différemment de presque tous les autres types d'organismes sur Terre.

Plutôt qu'un système nerveux centralisé comme celui des vertébrés, les deux tiers des neurones d'une pieuvre sont répartis dans tout son corps, dans ses bras. Dorénavant les scientifiques ont déterminé que ces neurones peuvent prendre des décisions sans l'apport du cerveau.

"L'une des grandes questions que nous nous posions est de savoir comment fonctionnerait un système nerveux réparti, surtout lorsqu'il essaie de faire quelque chose de compliqué, comme se déplacer dans un liquide et trouver de la nourriture sur un fond océanique complexe", a déclaré le neuroscientifique David Gire de l'Université de Washington.

Il y a beaucoup de questions ouvertes sur la façon dont ces nodules du système nerveux sont reliés les uns aux autres.

La recherche a été menée sur des poulpes géants du Pacifique (Enteroctopus dofleini) et des poulpes rouges du Pacifique Est (Octopus rubescens), tous deux originaires du Pacifique Nord.

Ces poulpes ont environ 500 millions de neurones, dont environ 350 millions le long des bras, disposés en groupes appelés ganglions. Ils permettent de traiter l'information sensorielle à la volée, ce qui permet à la pieuvre de réagir plus rapidement aux facteurs externes.

"Les bras de la pieuvre ont un anneau neural qui contourne le cerveau, et donc les bras peuvent s'envoyer de l'information sans que le cerveau s'en rende compte", a déclaré le neuroscientifique comportemental Dominic Sivitilli de l'Université de Washington.

"Le cerveau ne sait pas exactement où sont les bras dans l'espace, mais les bras savent où sont les autres, ce qui leur permet de coordonner leurs actions, comme la locomotion à quatre pattes."

L'équipe a donné aux céphalopodes une variété d'objets tels que des blocs de cendres, des roches texturées, des pièces de Lego et des labyrinthes complexes contenant des friandises, et les a filmés.

Les chercheurs ont également utilisé des techniques de suivi comportemental et d'enregistrement neuronal. Il s'agissait de déterminer comment l'information circule dans le système nerveux d'une pieuvre au fur et à mesure qu'elle se nourrit ou est sondée/étudiée, selon que les bras fonctionnent soit en synchronisation, ce qui suggère un contrôle central, ou seuls, ce qui signifie une prise de décision indépendante.

Ils ont constaté que lorsque les ventouses de la pieuvre acquièrent de l'information sensorielle et motrice de leur environnement, les neurones du bras peuvent la traiter et passer à l'action. Le cerveau n'a rien à faire.

"On voit beaucoup de petites décisions prises par ces ganglions distribués, simplement en regardant le bras bouger, donc une des premières choses que nous faisons est d'essayer de décomposer à quoi ressemble réellement ce mouvement, d'un point de vue informatique", dit M. Gire.

"Ce que nous examinons, plus que ce qui a été étudié dans le passé, c'est comment l'information sensorielle est intégrée dans ce réseau pendant que l'animal prend des décisions complexes."

Tout ceci est conforme aux recherches antérieures, qui ont révélé que non seulement les bras de la pieuvre se nourrissent indépendamment du cerveau, mais qu'ils peuvent continuer à répondre aux stimuli même après avoir été séparés d'un animal mort.

C'est tellement étonnant que les poulpes sont souvent considérés comme aussi proches de l'extraterrestre qu'une intelligence terrestre puisse l'être (et dans certaines propositions, peut-être même carrément extraterrestre).
Il est donc considéré comme non seulement utile de les étudier pour comprendre l'intelligence sur Terre, mais peut-être aussi comme un moyen de se préparer à la rencontre avec des aliens intelligents - si cela arrive un jour.

"C'est un modèle alternatif pour une intelligence" dit Sivitilli. "Qui nous donne une compréhension de la diversité des cognitions dans le monde, et peut-être dans l'Univers.

Les recherches de l'équipe ont été présentées à la Conférence scientifique d'astrobiologie 2019.

Auteur: Internet

Info: Michelle Starr, 26 juin 2019, https://www.sciencealert.com

[ externalisation cérébrale ]

cognition

Des chercheurs de l'Institut de neurosciences de la Timone apportent un éclairage théorique nouveau sur une illusion visuelle découverte dès le début du XXème siècle. Elle restait incomprise alors qu'elle pose des questions fondamentales sur la manière dont notre cerveau représente les évènements dans l'espace et dans le temps. Cette étude parue le 26 janvier 2017 dans la revue PLOS Computational Biology, montre que la solution se situe dans les mécanismes prédictifs intrinsèques aux traitements neuronaux de l'information.
Les illusions visuelles sont toujours aussi populaires: de façon quasi magique, elles peuvent faire apparaitre des objets là où on ne les attend pas... Elles sont aussi d'excellentes occasions de questionner les contraintes de notre système perceptif. De nombreuses illusions sont basées sur le mouvement, comme par exemple, l'illusion du flash retardé. Observez un point lumineux qui se déplace sur une trajectoire rectiligne. Si un second point lumineux est flashé très brièvement juste au dessus du premier, le point en mouvement sera toujours perçu en avant du flash alors que leurs deux positions horizontales sont rigoureusement identiques.
Traiter l'information visuelle prend du temps et même si ces délais sont remarquablement brefs, ils ne sont cependant pas négligeables et le système nerveux doit les compenser. Pour un objet qui se déplace de façon prédictible, le réseau neuronal peut inférer sa position la plus probable en tenant compte de ce délai de traitement. Pour le flash, par contre, cette prédiction ne peut s'établir car son apparition est imprévisible. Ainsi, alors que les deux cibles sont alignées sur la rétine au moment du flash, la position de l'objet en mouvement est anticipée par le cerveau afin de compenser le délai de traitement: c'est ce traitement différencié qui provoque l'illusion du flash retardé.
Les chercheurs montrent que cette hypothèse permet également d'expliquer les cas où cette illusion ne fonctionne pas: par exemple si le flash a lieu à la fin de la trajectoire ou si la cible rebrousse chemin de façon imprévue. Dans ce travail, l'innovation majeure consiste à utiliser la précision de l'information dans la dynamique du modèle. Ainsi, la position corrigée de la cible en mouvement est calculée en combinant le flux sensoriel avec la représentation interne de la trajectoire, toutes deux existant sous la forme de distributions de probabilités. Manipuler la trajectoire revient à changer la précision, et donc le poids relatif de ces deux informations lorsqu'elles sont combinées de façon optimale afin de connaître où se trouve un objet au temps présent. Les chercheurs proposent d'appeler parodiction (du grec ancien paros, le présent) cette nouvelle théorie qui joint inférence Bayesienne et prise en compte des délais neuronaux.
Malgré la simplicité de cette solution, la parodiction comporte des éléments qui peuvent sembler contre-intuitifs. En effet, dans ce modèle, le monde physique environnant est considéré comme "caché", c'est-à-dire qu'il ne peut être deviné que par nos sensations et notre expérience. Le rôle de la perception visuelle est alors de délivrer à notre système nerveux central l'information la plus probable malgré les différentes sources de bruit, d'ambiguïté et de délais temporels.
Selon les auteurs de cette publication, le traitement visuel consisterait en une "simulation" du monde visuel projeté au temps présent, et ceci avant même que l'information visuelle ne puisse effectivement venir moduler cette simulation, la confirmant ou l'infirmant. Cette hypothèse qui semble relever de la "science-fiction" est actuellement testée avec des modèles de réseaux neuronaux hiérarchiques plus détaillés et biologiquement plausibles qui devraient permettre de comprendre encore mieux les mystères sous-jacents à notre perception. Les illusions visuelles n'ont vraiment pas fini de nous étonner !
(Figure: Dans l'illusion visuelle du flash retardé, un point en mouvement (le point rouge, en haut) est perçu en avant par rapport à un point flashé (en vert en bas), même si ils sont alignés verticalement à l'instant du flash. Depuis la découverte de cette illusion, les débats ne sont pas clos quant à l'origine du traitement différencié des deux points. Dans cette étude, il est proposé que ce décalage de position soit dû à un mécanisme prédictif dont le but est normalement de compenser les délais de traitement de l'information visuelle. En utilisant l'information sur le mouvement du point, du début de la trajectoire jusqu'au moment du flash, la position du point est donc "anticipée" pour correspondre au plus près à la position réelle au temps présent.)

Auteur: Internet

Info: PLOS Computational Biology review, 26 janvier 2017

[ vision ]

médecine

Comment le cerveau participe au cancer

Des neurones voient le jour au sein même du microenvironnement tumoral, contribuant au développement du cancer. Ces cellules nerveuses dérivent de progéniteurs provenant du cerveau et sont acheminés via la circulation sanguine. Cette découverte étonnante ouvre la voie à tout un nouveau champ de recherche, relatif au rôle du système nerveux dans le développement des cancers et aux interactions entre les systèmes vasculaires, immunitaires et nerveux dans la tumorigenèse.

La production de nouveaux neurones est un événement plutôt rare chez l'adulte, cantonné à deux régions particulières du cerveau: le gyrus denté dans l'hippocampe et la zone sous-ventriculaire. Mais voilà que l'équipe Inserm Atip-Avenir dirigée par Claire Magnon* à l'Institut de Radiobiologie Cellulaire et Moléculaire, dirigé par Paul-Henri Roméo (CEA, Fontenay-aux-Roses), vient de montrer que ce phénomène se produit également en dehors du système nerveux central: dans les tumeurs !

En 2013, cette chercheuse avait déjà mis en évidence, dans des tumeurs de la prostate, que l'infiltration de fibres nerveuses, issues de prolongements d'axones de neurones préexistants, était associée à la survenue et à la progression de ce cancer. Depuis, d'autres études ont permis de confirmer le rôle inattendu, mais apparemment important, des fibres nerveuses dans le microenvironnement tumoral de nombreux cancers solides.

Soucieuse de comprendre l'origine du réseau neuronal tumoral, Claire Magnon a une idée surprenante: et si le réseau nerveux impliqué dans le développement des tumeurs provenait de nouveaux neurones se formant sur place ? Et dans ce cas, comment pourrait être initiée cette neurogenèse tumorale ?

Des cellules neurales souches dans les tumeurs
Pour tester cette hypothèse, Claire Magnon a étudié les tumeurs de 52 patients atteints de cancer de la prostate. Elle y a découvert des cellules exprimant une protéine, la doublecortine (DCX), connue pour être exprimée par les cellules progénitrices neuronales, lors du développement embryonnaire et chez l'adulte dans les deux zones du cerveau où les neurones se renouvellent. De plus, dans les tumeurs étudiées, la quantité de cellules DCX+ est parfaitement corrélée à la sévérité du cancer. "Cette découverte étonnante atteste de la présence de progéniteurs neuronaux DCX+ en dehors du cerveau chez l'adulte. Et nos travaux montrent qu'ils participent bien à la formation de nouveaux neurones dans les tumeurs", clarifie-t-elle.

Une migration du cerveau vers la tumeur
Pour déterminer l'origine de ces progéniteurs neuronaux, Claire Magon a utilisé des souris transgéniques, porteuses de tumeurs. Elle a quantifié les cellules DCX+ présentes dans les deux régions du cerveau où elles résident habituellement. Elle a alors constaté que, lors de l'établissement d'une tumeur, leur quantité est réduite dans l'une d'elles: la zone sous-ventriculaire. "Il y avait deux explications: soit les cellules DCX+ mourraient dans cette région sans qu'on en connaisse la cause, soit elles quittaient cette zone, ce qui pouvait expliquer leur apparition au niveau de la tumeur".

Différentes expériences ont montré que cette seconde hypothèse était la bonne avec la mise en évidence du passage des cellules DCX+ de la zone sous-ventriculaire du cerveau dans la circulation sanguine et de l'extrême similarité entre les cellules centrales et celles retrouvées dans la tumeur. "En pratique, nous constatons des anomalies de perméabilité de la barrière hématoencéphalique de la zone sous-ventriculaire chez les souris cancéreuses, favorisant le passage des cellules DCX+ dans le sang. Rien ne permet pour l'instant de savoir si ce problème de perméabilité précède l'apparition du cancer sous l'effet d'autres facteurs, ou si elle est provoquée par le cancer lui-même, via des signaux issus de la tumeur en formation.

Quoi qu'il en soit, les cellules DCX+ migrent dans le sang jusqu'à la tumeur, y compris dans les nodules métastatiques, où elles s'intègrent au microenvironnement. Là, elles se différencient en neuroblastes puis en neurones adrénergiques producteurs d'adrénaline. Or, l'adrénaline régule le système vasculaire et c'est probablement ce mécanisme qui favorise à son tour le développement tumoral. Mais ces hypothèses restent à vérifier".

Une piste thérapeutique
En attendant, cette recherche ouvre la porte à une nouvelle piste thérapeutique: De fait, des observations cliniques montrent que les patients atteints de cancer de la prostate qui utilisent des bêtabloquants (qui bloquent les récepteurs adrénergiques) à des fins cardiovasculaires, présentent de meilleurs taux de survie. "Il serait intéressant de tester ces médicaments en tant qu'anticancéreux" estime la chercheuse. Deux essais cliniques allant dans ce sens ont récemment ouvert aux Etats-Unis. De façon plus générale, "l'étude de ce réseau nerveux dans le microenvironnement tumoral pourrait apporter des réponses sur le pourquoi des résistances à certains traitements et favoriser le développement de nouveaux médicaments", conclut-elle.

Auteur: Internet

Info: www.techno-science.net, 17 mai 2019. *Laboratoire de Cancer et Microenvironnement, Equipe Atip-Avenir, UMR967 Inserm/IBFJ-iRCM-CEA/Université Paris 11/Université Paris Diderot, Fontenay-aux-Roses

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La conscience humaine pourrait être un effet de l’entropie 

Une nouvelle étude suggère que la conscience pourrait être une caractéristique émergente découlant de l’effet d’entropie, soit le mécanisme physique faisant que le désordre au sein de tout système ne peut faire qu’augmenter, et par le biais duquel le cerveau maximiserait les échanges d’informations. Cette conclusion a été déduite de l’analyse de l’activité cérébrale de patients épileptiques ou non, indiquant que les états d’éveil normaux (ou conscients) sont associés à des valeurs entropiques maximales.

En thermodynamique, l’entropie se traduit par le passage inéluctable d’un système d’un agencement ordonné à désordonné. La valeur entropique est le niveau de désorganisation de ce système. Les physiciens suggèrent qu’après le Big Bang, l’Univers est progressivement passé d’un état entropique faible à élevé et qu’à l’instar du temps, l’entropie ne peut qu’augmenter au sein d’un système. De leur côté, les neurobiologistes estiment que le principe est transposable à l’organisation de nos connexions neuronales.

La question est de savoir quel type d’organisation neuronale sous-tend les valeurs de synchronisation observées dans les états d’alerte normaux ou non. C’est ce que des chercheurs de l’Université de Toronto et de l’Université de Paris Descartes ont exploré. " Nous avons cherché à identifier les caractéristiques globales de l’organisation du cerveau qui sont optimales pour le traitement sensoriel et qui peuvent guider l’émergence de la conscience ", expliquent-ils dans leur étude, publiée dans la revue Physical Review E.

Les observations de l’activité cérébrale chez l’Homme ont montré qu’elle est sujette à une importante fluctuation au niveau des interactions cellulaires. Cette variabilité serait à la base d’un large éventail d’états, incluant la conscience. D’un autre côté, des travaux antérieurs traitant du fonctionnement cérébral ont suggéré que l’état conscient n’est pas nécessairement associé à des degrés élevés de synchronisation entre les neurones, mais davantage à des niveaux moyens. Les chercheurs de la nouvelle étude ont alors supposé que ce qui est maximisé au cours de cet état n’est pas la connectivité neuronale, mais le nombre de configurations par lesquelles un certain degré de connectivité peut être atteint.

État de conscience = entropie élevée ?

Dans le cadre de leur analyse, les scientifiques ont utilisé la mécanique statistique pour l’appliquer à la modélisation de réseaux neuronaux. Ainsi, cette méthode permet de calculer des caractéristiques thermodynamiques complexes. Parmi ces propriétés figure la manière dont l’activité électrique d’un ensemble de neurones oscille de façon synchronisée avec celle d’un autre ensemble. Cette évaluation permet de déterminer précisément de quelle façon les cellules cérébrales sont liées entre elles.

Selon les chercheurs, il existerait une multitude de façons d’organiser les connexions synaptiques en fonction de la taille de l’ensemble de neurones. Afin de tester leur hypothèse, des données d’émission de champs électriques et magnétiques provenant de 9 personnes distinctes ont été collectées. Parmi les participants, 7 souffraient d’épilepsie. Dans un premier temps, les modèles de connectivité ont été évalués et comparés lorsqu’une partie des volontaires était endormie ou éveillée. Dans un deuxième temps, la connectivité de 5 des patients épileptiques a été analysée, lorsqu’ils avaient des crises de convulsions ainsi que lorsqu’ils étaient en état d’alerte normal. Ces paramètres ont ensuite été rassemblés afin de calculer leurs niveaux d’entropie cérébrale. Le résultat est le même dans l’ensemble des cas : le cerveau affiche une entropie plus élevée lorsqu’il est dans un état de conscience.

Les chercheurs estiment qu’en maximisant l’entropie, le cerveau optimise l’échange d’informations entre les neurones. Cela nous permettrait de percevoir et d’interagir de manière optimale avec notre environnement. Quant à la conscience, ils en ont déduit qu’elle pourrait tout simplement être une caractéristique émergente découlant de cette entropie. Toutefois, ces conclusions sont encore hautement spéculatives en raison des limites que comporte l’étude, telles que le nombre restreint de participants à l’étude. Le terme " entropie " devrait même être considéré avec parcimonie dans ce cadre, selon l’auteur principal de l’étude, Ramon Guevarra Erra de l’Université de Paris Descartes.

De nouvelles expériences sur un échantillon plus large sont nécessaires afin de véritablement corroborer ces résultats. On pourrait aussi évaluer d’autres caractéristiques thermodynamiques par le biais de l’imagerie par résonance magnétique, qui peut être utilisée pour mesurer l’oxygénation — une propriété directement liée au métabolisme et donc à la génération de chaleur (et de ce fait d’augmentation de l’entropie). Des investigations menées en dehors de conditions d’hôpital seraient également intéressantes afin d’évaluer des états de conscience associés à des comportements cognitifs plus subtils. On pourrait par exemple analyser l’activité cérébrale de personnes exécutant une tâche spécifique, comme écouter ou jouer de la musique.

Auteur: Internet

Info: https://trustmyscience.com/ - Valisoa Rasolofo & J. Paiano - 19 octobre 2023

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