Jaxley : la nouvelle simulation qui rapproche enfin les modèles du cerveau de la réalité biologique et cognitive

Jaxley : la nouvelle simulation qui rapproche enfin les modèles du cerveau de la réalité biologique et cognitive credit : lemorning.ca (image IA)

L’éternel défi de modéliser le cerveau

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Depuis des décennies, les chercheurs tentent de bâtir des modèles informatiques capables non seulement de ressembler à notre cerveau, mais aussi d’agir comme lui. C’est un travail colossal, vraiment. Utiliser des mathématiques complexes pour simuler comment nos milliards de cellules nerveuses interagissent, c’est fascinant, n’est-ce pas ?

Or, il y a toujours eu un hic, une espèce de grand fossé. Mais là, une nouvelle approche, développée par une équipe de Tübingen, en Allemagne, pourrait bien tout changer. Leur nouveau logiciel, baptisé Jaxley, permet des simulations d’une précision et d’une efficacité jamais atteintes. Ce programme est d’ailleurs considéré comme la base d’une nouvelle génération de simulations cérébrales, offrant des perspectives beaucoup plus profondes sur le fonctionnement réel de notre matière grise. Leur étude a été publiée dans la prestigieuse revue Nature Methods.

Le problème fondamental des modèles précédents

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Jusqu’à présent, les chercheurs étaient face à un dilemme frustrant. Soit les modèles qu’ils créaient étaient très simples – on parlait de neurones « sursimplifiés » – et, du coup, ils s’éloignaient considérablement de la biologie réelle. On perdait en authenticité, quoi.

Soit, à l’inverse, ils représentaient les processus biophysiques internes des cellules dans les moindres détails. C’était magnifiquement précis, mais (et c’est là que le bât blessait) ces modèles détaillés étaient incapables de réaliser des tâches cognitives complexes, comme le cerveau le fait naturellement. C’était un peu comme avoir une magnifique maquette de voiture qui ne roule pas.

Michael Deistler, le premier auteur de cette étude, l’explique très bien : « Soit le chemin est similaire à celui du cerveau, mais le résultat ne l’est pas, soit le résultat est correct, mais le processus qui y mène ne se compare pas aux processus dans le cerveau. »

Jaxley : le mariage réussi entre processus et performance

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La grande force de Jaxley, c’est qu’il permet désormais l’entraînement de modèles cérébraux détaillés de manière à ce que les deux critères soient remplis : le processus doit ressembler au cerveau réel, et le résultat doit être correct. C’est un pas de géant, un véritable « pont » jeté au-dessus de ce fameux fossé. Pour la première fois, nous pourrions commencer à tirer des conclusions concrètes du modèle sur ce qui se passe réellement dans notre tête.

Comment y sont-ils arrivés, demandez-vous ? En utilisant une méthode bien connue dans le monde de l’intelligence artificielle, mais adaptée pour la première fois à des simulations biophysiques aussi complexes : la « rétropropagation de l’erreur ».

La rétropropagation de l’erreur, expliquée simplement

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Le terme « rétropropagation » peut paraître intimidant, mais c’est en fait une idée assez simple, si on la vulgarise un peu. Dans les réseaux neuronaux artificiels, cette méthode permet au programme de s’ajuster. Imaginez que vous apprenez à cuisiner. Vous essayez une recette (l’entrée), mais le plat final (la sortie) n’est pas tout à fait réussi. Vous goûtez, vous identifiez l’erreur (« Ah, trop de sel ! »), et vous ajustez la prochaine fois. C’est ça, la rétropropagation.

Avec l’aide de cette technique, le réseau artificiel ajuste ses « paramètres » (ses ingrédients, en quelque sorte) jusqu’à ce qu’un résultat souhaité soit atteint de manière fiable. Le réseau apprend quelles caractéristiques sont importantes. Les chercheurs de Tübingen ont réussi à transférer ce principe d’entraînement à leurs simulations cérébrales détaillées, ce qui est une prouesse technique majeure.

Régler les paramètres invisibles du neurone

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Quand notre cerveau effectue une tâche, des centaines de paramètres entrent en jeu dans les neurones impliqués. On parle de la taille des cellules, de la force de leurs connexions, ou même du nombre de canaux ioniques (de petites portes chimiques) qu’elles possèdent. Et le pire, c’est que la plupart de ces paramètres sont simplement impossibles à mesurer directement chez un être vivant. Comment voulez-vous développer des simulations exactes qui fonctionnent bien si vous ne connaissez pas les valeurs de départ ? C’était la grande difficulté.

C’est là que Jaxley intervient avec brio. Le logiciel est capable d’« entraîner » ces paramètres non mesurables. Il change, réajuste, et recommence, jusqu’à ce que la simulation donne le résultat attendu. Après cet entraînement, les modèles cérébraux créés ont pu accomplir des tâches complexes, comme classer des images ou même stocker et récupérer des souvenirs ! C’est époustouflant, non ?

Les promesses pour la neurologie et la médecine

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Grâce à Jaxley, nous pouvons enfin étudier comment des mécanismes neuronaux très spécifiques contribuent à résoudre des tâches cognitives. Le professeur Jakob Macke, spécialiste de l’apprentissage automatique, est clair : « La complexité du cerveau peut désormais être explorée et représentée dans des simulations informatiques. »

À long terme, imaginez les possibilités ! Ces simulations pourraient avoir des applications concrètes en médecine. On pourrait mieux comprendre les maladies neurologiques, qui sont si complexes et si douloureuses. Mieux encore, on pourrait virtuellement « tester » l’effet de certains médicaments à l’avance, avant même de les administrer à un patient. Si la science pouvait nous donner ça, ce serait un immense cadeau pour l’humanité, ne trouvez-vous pas ? Cette avancée prouve une fois de plus que la technologie, quand elle est bien utilisée, est notre meilleure alliée pour percer les mystères de la vie.

Selon la source : medicalxpress.com

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.