Cerveau : des découvertes exceptionnelles
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Description

100 milliards de neurones... des dizaines de milliers de connexions... Pour comprendre le fonctionnement de notre cerveau, la solution serait peut-être de simuler ce réseau par ordinateur ? Des chercheurs ont entrepris cette tâche étonnante de longue haleine et espèrent d'ici 3 ou 4 ans créer un cortex artificiel équivalent à celui d'un chat. Il leur faut commencer par travailler sur un neurone et ses propriétés qui aboutissent à la naissance de l'impulsion électrique dénommée le « potentiel d'action ».

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Exrait

Cerveau : des découvertes exceptionnelles
Coupe sagittale de cerveau humain obtenue en IRM anatomique

Pour résumer ce qui se passe dans notre tête, « la cellule « neurone » est composée d'un « corps », ou soma, d'où partent une ou plusieurs branches ramifiées, les dendrites », explique le CNRS (cf Le Journal du CNRS n°230 de mars 2009). « Ce soma donne naissance à un long « câble », l'axone, qui forme à son extrémité de nombreux « boutons de connexion », les synapses. Ces synapses, capables d'émettre un message électrique ou chimique (le neurotransmetteur), se connectent, pour la majorité d'entre elles, aux dendrites et somas des autres neurones pour créer le fameux réseau. Chaque neurone reçoit donc quantité de signaux chimiques qui sont traduits par les synapses en signaux électriques. En fonction de tous les signaux qu'un neurone a reçus et intégrés, celui-ci émet ou non le potentiel d'action et le propage jusqu'au bout de son axone, lequel ira bien sûr influencer une bonne partie de ses voisins de palier selon le même processus. »

Cela est bien acquis en théorie, mais la simulation se suffit pas, il faut envisager des expérimentations in vivo. « Parce que les neurones sont très variables et ne réagissent pas tous de la même façon. En résumé : selon le nombre et la longueur de leurs dendrites, l'emplacement et le nombre des synapses, etc, les neurones ne sont en effet pas tous aussi excitables et aussi prompts à émettre le potentiel d'action.

Outre cette variabilité, le projet de simulation se confronte à un autre obstacle, plus complexe encore : « La réponse d'un neurone à un stimulus dans des conditions in vitro, où le réseau est réduit à une tranche de cerveau, est différente de celle du même neurone in vivo, où le réseau maintient la totalité de ses connexions », souligneAlain Destexhe, directeur de recherche au sein de l'Unité de neurosciences intégratives et computationnelles (Unic) du CNRS, à Gif-sur-Yvette. Dans son milieu naturel en effet, l'état d'un neurone dépend de celui de ses voisins, et cela influence les caractéristiques à mesurer. »

Cela signifie que, même en l'absence de toute stimulation, le cerveau demeure en action, fort heureusement d'ailleurs: « Notre cerveau a une activité intrinsèque, c'est probablement ce qui fait que nous sommes conscients », commente le neurophysicien. Cette activité dépendrait de nos expériences passées, s'exprimant plus particulièrement au cours de nos rêves, et il a été démontré récemment que cette activité surpasse celle provenant des stimuli de notre environnement. « Nos sens ne font donc que moduler notre activité neuronale au lieu de la diriger véritablement comme on le pensait jusqu'alors », ajoute Alain Destexhe.

Notre cerveau serait par conséquent peu influençable...

Un neurone du cortex de rat.

Un cerveau électronique

Al'Ecole Polytechnique de Lausanne, l'équipe du Professeur Henry Markram s'est donné pour objectif de reproduire le fonctionnement du cortex cérébral grâce à un supercalculateur IBMcapable de réaliser plusieurs milliers de milliards d'opérations par seconde. Le Blue Brain Project, lancé en 2005, vient de voir sa première phase terminée avec la création d'un réseau virtuel de 10 000 neurones qui répond électriquement à des stimuli. Cela permet un premier pas dans la compréhension de notre perception de l'environnement via notre cerveau. Mais un cerveau complet étant un million de fois plus grand que cette ébauche, il faudrait donc un ordinateur un million de fois plus puissant pour le simuler !