Fonctionnement d'un cerveau biologique et artificiel

Le cerveau biologique, source de notre intelligence

Le cerveau est le siège de notre intelligence. C’est l’organe essentiel  qui détient le contrôle de toutes nos facultés mentales et qui assure la régulation de toutes les fonctions vitales de l’organisme. Il est situé dans la boite crânienne et baigne dans le liquide céphalo-rachidien. Il ne représente que 2% du corps mais consomme 20% de la circulation sanguine lui apportant sucre et oxygène nécessaires à son bon fonctionnement.

Les différentes parties du cerveau

Le cerveau est formé de deux hémisphères, formés eux-mêmes de plusieurs  parties qui ont chacune un rôle dans le fonctionnement du corps.

 

 

Le cervelet, appelé aussi l’arbre de vie, est impliqué dans la coordination des mouvements et de la posture. Ses neurones sont reliés à différentes parties du cerveau et de la moelle épinière pour faciliter les mouvements délicats et précis, le contrôle de l’équilibre et de la posture.

 Le tronc cérébral est responsable de plusieurs fonctions dont la régulation de la respiration et du rythme cardiaque, la localisation des sons, etc. C'est également un centre de passage des voies motrices et sensitives, ainsi qu'un centre de contrôle de la douleur. Il est directement relié à la moelle épinière car il en fait le lien avec le cerveau.

Le lobe pariétal est la zone de réception et d’analyse des sensations, comme le toucher, la chaleur, la douleur…

Le lobe occipital est essentiellement consacré à l’analyse des informations visuelles provenant de la rétine des deux yeux.

Le lobe temporal intervient dans l’analyse et la reconnaissance des sons.

Le lobe frontal est responsable de la parole, du mouvement et de divers aspects de la personnalité.

 

Le système limbique est non visible car il est situé à l’intérieur du cerveau. C’est lui qui détient le contrôle des émotions. Il est composé de plusieurs parties :

Schema du systeme limbique

 

 

L’hippocampe intervient principalement dans la proprioception, la construction de la mémoire et la résurgence des souvenirs. Il contribue à sélectionner les informations transitoires à mémoriser et à les transmettre à des régions spécialisées dans la mémoire à long terme. D’autre part il associe les émotions à la mémoire. Une lésion de l’hippocampe peut empêcher la formation de nouveaux souvenirs, même si les souvenirs antérieurs à la lésion restent intacts.

L’amygdale est constituée de deux structures symétriques situées dans chaque hémisphère. Elle joue un rôle important dans l’apprentissage, la mémorisation et la gestion des émotions. De plus l’amygdale coordonne la réponse corporelle à la peur et à l’agression.

Le corps mamillaire est un  petit amas de cellules nerveuses qui relaient les signaux au thalamus, contribuant ainsi à la vigilance et à la construction de la mémoire.

Hypothalamus est le principal lien entre le système nerveux et le système hormonal.

Les bulbes olfactifs sont des faisceaux de cellules nerveuses sensorielles allant de la cavité nasale à l’intérieur du cerveau. Ils traitent partiellement les informations relatives à l’odorat avant qu’elles ne soient conscientes.

Le gyrus cingulaire est une partie du cortex limbique située au-dessus du corps calleux.

Les neurones

Le cerveau fait partie du système nerveux. Il est relié au reste du corps par le biais de nerfs formés de cellules nerveuses appelées neurones. Le cerveau contient environ 100 milliards de neurones. Les neurones non reliés au cerveau sont reliés à la moelle épinière.

Les neurones communiquent entre eux par signaux électriques, appelés influx nerveux. Chaque neurone est constitué d’un corps cellulaire, de prolongements appelés dendrites et axones. Ces derniers émettent des connexions avec d’autres neurones par l’intermédiaire de terminaisons ayant l’aspect de petites vésicules. Ces terminaisons constituent les synapses.

 

Schéma d'un neurone

 

L’influx nerveux se propage le long de l’axone pour terminer son chemin au niveau de la terminaison synaptique. A ce niveau , les membranes des neurones en communication sont proches l'une de l'autre mais séparées par un espace synaptique. Les signaux électriques ne pouvant franchir cet espace, la communication entre deux neurones se fait par l'intermédiaire de substances chimiques appelées neurotransmetteurs (ou neuromédiateurs). Elles sont produites par le neurone qui envoie le message et sont reconnues par le neurone qui le reçoit.

Schéma d'une liaison synaptique

 

 

Illustration de neurones en interconnexion

Tout est en interconnexion et c’est ça qui fait que nous sommes intelligents.

 

L'artificialisation de ce cerveau

 

Dans le domaine de l'intelligence artificielle, on en distingue deux grands types: l'IA forte et l'IA faible.

John Mc Carthy, l’un des pères de l’IA. Prix Turing en 1971 pour ses travaux en intelligence artificielle. Décédé en 2011. 

On peut  considérer l'IA faible comme étant une intelligence dépendante des hommes pour son fonctionnement, qui ne peut faire que des choses spécifiques et qui est programmée par l'homme .Elle ne cherche pas à évoluer, elle exécute uniquement ce pour quoi elle a été programmée. Elle est donc très performante dans son domaine mais reste confinée dans celui-ci sans possibilité d'évoluer. On peut citer comme exemple les calculatrices et les ordinateurs dont leurs rôles sont prédéterminés par un programme informatique.

L'IA forte est l'approche la plus similaire du comportement humain puisqu'elle fait commencer le programme avec des choses simples pour finir avec des choses compliquées. Elle serait dotée d'une réelle conscience et serait capable d'éprouver des sentiments. Il pourrait penser et raisonner comme un être humain. Il doit être capable d'emmagasiner des nouvelles informations en permanence et donc de commencer un apprentissage, comme un enfant, en s'adaptant seul à sa situation et en apprenant de ses erreurs. Une machine dotée de cette intelligence pourrait analyser des situations, évaluer différentes solutions et ainsi choisir la meilleure  pour répondre aux besoins pour laquelle elle a été conçue.

Créer une telle intelligence est un défi majeur pour les scientifiques en ce XXIème siècle. Mais comment pourraient-ils s'y prendre ?

De manière schématique, la modélisation numérique du cerveau biologique pourrait être la suivante :

- le neurone serait un microprocesseur (Un microprocesseur est un processeur dont tous les composants ont été suffisamment miniaturisés pour être regroupés dans un unique boitié. Fonctionnellement, le processeur est la partie d’un ordinateur qui exécute les instructions et traite les données des programmes);                                                                                                                                      

- la synapse, un disque dur ;

- l’axone, le flux de données ;

- le tout serait orchestré par des supercalculateurs de type « High Performance Computing ».

Deux obstacles techniques majeurs peuvent notamment être identifiés à la création d’un cerveau artificiel.

Le premier problème est d’ordre technique : il réside dans la puissance de calcul des supercalculateurs aujourd’hui disponibles.

A ce jour, ces derniers ne sont pas encore assez puissants pour permettre de reproduire l’activité cérébrale humaine ; les premières études réalisées dans le cadre du Blue Brain (Le projet Blue Brain a pour objectif de créer un cerveau synthétique en étudiant l'architecture et les principes fonctionnels du cerveau) ont permis de traduire sous forme de données mathématiques l’activité neuronale d’un fragment de cerveau de rat : 10 000 neurones virtuels ont été connectés entre eux par 30 millions de synapses et quelques kilomètres de fibres ; Nous sommes encore loin des 100 milliards de neurones humains.

Un supercalculateur ne suffira donc pas à la modélisation du cerveau biologique. Le projet prévoit d’unir la puissance de plusieurs calculateurs dans l’attente de disposer d’un supercalculateur de puissance colossale.

Le deuxième problème réside dans les limites de la modélisation informatique. On ne peut en effet modéliser que ce que l’on connait et la donnée une fois modélisée est figée. Or, comme nous l’avons signalé, certaines zones d’ombre demeurent dans la connaissance du cerveau et ne pourront donc pas être modélisées ou seulement sous la forme d’hypothèses.

Comment modéliser « Le système limbique » qui détient le contrôle des émotions. Est-ce possible ? Existe-il des théories sur ce sujet, nous n’avons rien trouvé.

Mais alors, qu’est-ce que l’intelligence sans émotion… ? C’est l’une des problématiques de cette révolution en marche que nous n’aurons malheureusement pas le temps de traiter ici. 

Nous devons donc encore approfondir nos connaissances sur notre cerveau et réussir à le comprendre afin de pouvoir en modéliser toute sa complexité.