{"id":236593,"date":"2013-09-03T16:00:40","date_gmt":"2013-09-03T19:00:40","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/?p=236593"},"modified":"2017-04-19T16:26:17","modified_gmt":"2017-04-19T19:26:17","slug":"neurones-artificiels","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/neurones-artificiels\/","title":{"rendered":"Neurones Artificiels"},"content":{"rendered":"
\"Crabe

Eduardo Cesar<\/span><\/a> Crabe bleu: Mastication assist\u00e9e par \u00e9lectrodesEduardo Cesar<\/span><\/p><\/div>\n

Publi\u00e9 en mars 2005<\/em><\/p>\n

Le crabe bleu reste couvert de glace dans une caisse en polystyr\u00e8ne pendant une demi-heure dans le laboratoire du physicien Reynaldo Daniel Pinto de l\u2019Universit\u00e9 de S\u00e3o Paulo (USP). Quand on le retire de la caisse, il est d\u00e9j\u00e0 anesth\u00e9si\u00e9 par le froid. Sur sa table de travail, le chercheur ouvre la carapace du crustac\u00e9 (Callinectes sapidus) et examine l\u2019int\u00e9rieur. Entre les yeux se trouve le cerveau et juste en dessous l\u2019estomac.<\/p>\n

Daniel Pinto identifie les 30 neurones qui contr\u00f4lent le syst\u00e8me digestif et la mastication du crabe, les isole avec pr\u00e9caution et commence une op\u00e9ration d\u00e9licate. \u00c0 l\u2019aide d\u2019un microscope, il implante dans une de ces cellules nerveuses une \u00e9lectrode en verre remplie d\u2019une solution de chlorate de potassium dont la pointe est plus fine qu\u2019un fil de cheveu. Des fils de cuivre connectent cette \u00e9lectrode \u00e0 un circuit \u00e9lectronique qui convertit les impulsions nerveuses en chiffres num\u00e9riques qui seront lus par un ordinateur classique, et qui maintenant jouera un r\u00f4le sp\u00e9cifique: remplacer une des cellules et agir comme un neurone artificiel. Voici un crabe bionique.<\/p>\n

Dans cette exp\u00e9rience, le physicien \u00e9value la capacit\u00e9 d\u2019ex\u00e9cution de l\u2019ordinateur \u00e0 reproduire la m\u00eame fonction qu\u2019un neurone appel\u00e9 g\u00e2chette ant\u00e9rieure, une des 14 cellules nerveuses composant le circuit pylorique qui commande le transport des aliments de l\u2019estomac vers l\u2019intestin. Si un de ces neurones est d\u00e9truit ou si la communication avec les centres nerveux du cerveau est interrompue, les autres neurones commencent \u00e0 \u00e9mettre des signaux \u00e9lectriques d\u00e9sordonn\u00e9s et la digestion s\u2019arr\u00eate. C\u2019est \u00e0 ce moment l\u00e0 que l\u2019ordinateur d\u00fbment programm\u00e9 entre en jeu en se transformant en neurone virtuel qui agit comme l\u2019original, tel un simulateur cardiaque.<\/p>\n

Une autre \u00e9lectrode plant\u00e9e dans le neurone envoie un courant d\u2019ions (particules atomiques charg\u00e9es \u00e9lectroniquement) de potassium et de chlore qui migrent vers la cellule. On recr\u00e9e ainsi dans la cellule l\u2019environnement chimique n\u00e9cessaire \u00e0 la transmission de l\u2019impulsion nerveuse. Aussit\u00f4t stimul\u00e9, la cellule nerveuse du crabe r\u00e9agit et transmet l\u2019information aux neurones. En moins de deux secondes, un message arrive \u00e0 l\u2019estomac et les mouvements musculaires poussent l\u2019aliment vers l\u2019intestin.<\/p>\n

Avec cette m\u00eame technique, il est possible de savoir comment diff\u00e9rents types de synapses (connections entre les neurones) agissent dans la saisie d\u2019information, comme cela est d\u00e9crit dans un article publi\u00e9 en juin dans la revue Neurosciences. \u201cC\u2019est un jeu de questions et de r\u00e9ponses o\u00f9 nous essayons de comprendre le langage utilis\u00e9 par les neurones\u201d, d\u00e9clare Daniel Pinto. L\u2019\u00e9tude de ces neurones artificiels est un des d\u00e9veloppements du Projet Th\u00e9matique coordonn\u00e9 par le physicien Iber\u00ea Luiz Caldas et qui a d\u00e9j\u00e0 d\u00e9bouch\u00e9 sur la cr\u00e9ation d\u2019un mod\u00e8le de pr\u00e9vision du comportement des bourses financi\u00e8res (voir Recherche FAPESP n\u00ba 65).<\/p>\n

Si les physiciens ne comprennent pas encore le langage des neurones, ils ont r\u00e9ussi \u00e0 d\u00e9chiffrer certaines de leurs r\u00e9ponses. Dans une autre exp\u00e9rience, l\u2019\u00e9quipe de l\u2019USP a stimul\u00e9 le fonctionnement d\u2019un groupe de neurones qui fait partie d\u2019un ensemble de 30 cellules nerveuses du syst\u00e8me nerveux li\u00e9 \u00e0 la mastication et \u00e0 la digestion du crabe bleu, esp\u00e8ce rencontr\u00e9e sur le littoral br\u00e9silien et appr\u00e9ci\u00e9e pour sa chair savoureuse. 11 de ces 30 neurones, li\u00e9s au contr\u00f4le de la mastication, transmettent les informations \u00e0 un rythme beaucoup plus lent que ceux du circuit pylorique. Quand la communication entre ces cellules et le ganglion central est interrompue, tout le groupe de neurone s\u2019arr\u00eate de fonctionner\u00a0: les muscles qui font bouger les dents, situ\u00e9s dans l\u2019estomac du crabe, se paralysent. Cette fois l\u2019ordinateur n\u2019agit plus uniquement tel un simulateur cardiaque qui envoie des signaux \u00e9lectriques \u00e0 un rythme constant : il re\u00e7oit et interpr\u00e8te \u00e9galement les signaux \u00e9mis par les cellules nerveuses avant d\u2019envoyer une autre impulsion \u00e9lectrique.<\/p>\n

Les quatre \u00e9quations
\n<\/strong>L\u2019ordinateur d\u00fbment programm\u00e9 envoie des stimulus \u00e9lectriques vers un neurone sp\u00e9cifique du circuit d\u00e9branch\u00e9 (le gastrique lat\u00e9ral) et redevient silencieux. Quand il est provoqu\u00e9, le gastrique lat\u00e9ral r\u00e9agit par un renvoi de l\u2019impulsion \u00e9lectrique au neurone, avant de redevenir inactif. On cr\u00e9e ainsi un cycle de stimulus, de renvois et silences qui affecte les autres neurones du groupe. Finalement, le rythme de fonctionnement du circuit est r\u00e9cup\u00e9r\u00e9 et la mastication reprend son cours. \u201cLa simple pr\u00e9sence du renvoi et le cycle de r\u00e9ponses et d\u2019absences de l\u2019activit\u00e9 qu\u2019il vient de cr\u00e9er paraissent \u00eatre suffisant pour que le circuit redevienne normal, sans avoir besoin d\u2019un neurone simulateur \u201d, d\u00e9clare Daniel Pinto.<\/p>\n

Il n\u2019aurait jamais imagin\u00e9 qu\u2019il allait \u00e9tudier le comportement des neurones. Pendant son doctorat, il a travaill\u00e9 sur la Th\u00e9orie du Chaos et a expliqu\u00e9 le comportement des gouttes d\u2019eau qui gouttent d\u2019un robinet \u00e0 moiti\u00e9 ferm\u00e9. L\u2019\u00e9tude des \u00e9quations qui essayent de pr\u00e9voir le d\u00e9veloppement de ph\u00e9nom\u00e8nes complexes a \u00e9t\u00e9 fondamentale pour donner de l\u2019\u00e9lan \u00e0 sa carri\u00e8re. Durant son post-doctorat \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Californie, \u00e0 San Diego, aux \u00c9tats-Unis, Daniel Pinto a appliqu\u00e9 la physique \u00e0 l\u2019\u00e9tude de l\u2019activit\u00e9 des neurones d\u2019un autre crustac\u00e9: la langouste \u00e9pineuse californiennes (Panulirus interruptus), dont la taille peut atteindre 40 centim\u00e8tres. C\u2019est \u00e0 ce moment l\u00e0, qu\u2019il a d\u00e9velopp\u00e9 le programme permettant \u00e0 un ordinateur de se comporter comme un neurone.<\/p>\n

Daniel Pinto a utilis\u00e9 un mod\u00e8le math\u00e9matique de neurone qui fonctionne avec trois \u00e9quations de la Th\u00e9orie du Chaos et en a rajout\u00e9 une quatri\u00e8me. Il a pu ainsi construire un circuit \u00e9lectronique capable d\u2019\u00e9mettre des signaux \u00e9lectriques et qui agit comme un neurone artificiel. Mais il y avait des limitations. Quand il voulait modifier le message envoy\u00e9 aux cellules biologiques, il devait repartir de z\u00e9ro et reconstruire un autre circuit. Gr\u00e2ce \u00e0 l\u2019augmentation de la vitesse et de la m\u00e9moire des ordinateurs, il a cr\u00e9e un programme bas\u00e9 sur ces quatre \u00e9quations permettant \u00e0 la machine d\u2019agir comme un neurone num\u00e9rique. Maintenant il parvient \u00e0 alt\u00e9rer les variables des \u00e9quations et faire qu\u2019une m\u00eame machine puisse envoyer des ordres diff\u00e9rents aux neurones originaux.<\/p>\n

Ce programme devrait favoriser la cr\u00e9ation de proth\u00e8ses anatomiques contenant des neurones artificiels. Il peut \u00e9galement, quand il sera am\u00e9lior\u00e9, \u00eatre utilis\u00e9 dans le traitement de personnes paralys\u00e9es des bras et des jambes. Mais nous n\u2019y sommes pas encore. Le physicien Antonio Carlos Roque da Silva Filho, de l\u2019USP \u00e0 Ribeirao Preto, m\u00e9lange optimisme et prudence quand il explique le stade actuel des recherches dans ce domaine. \u201cDurant ces trois derni\u00e8res d\u00e9cennies, nous avons produit une grande quantit\u00e9 d\u2019information sur le fonctionnement du cerveau humain \u201d d\u00e9clare-t-il. L\u2019enjeu actuel est de construire des mod\u00e8les math\u00e9matiques et informatis\u00e9s qui interpr\u00e8teront les donn\u00e9es produites. Il rajoute \u00e9galement que \u201cdes ph\u00e9nom\u00e8nes li\u00e9s \u00e0 la perception et aux \u00e9motions, comme la m\u00e9moire et la conscience sont encore compl\u00e8tement m\u00e9connus \u201d.<\/p>\n

Le projet<\/strong>
\nDynamique non lin\u00e9aire; Modalit\u00e9<\/strong> Projet th\u00e9matique; Coordinnateur<\/strong> Iber\u00ea luiz caldas \u2013 institut De physique de l\u2019usp; Investissement<\/strong> 476.477,50 r\u00e9aux<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Un ordinateur remplace les cellules nerveuses de crabes et de langoustes ","protected":false},"author":475,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[1180],"tags":[],"coauthors":[785],"class_list":["post-236593","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-sciences"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/236593","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/475"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=236593"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/236593\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=236593"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=236593"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=236593"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=236593"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}