📰 Comment le cerveau apprend-il ?

Tout le monde sait que le cerveau humain est extrêmement complexe. Mais comment apprend-on exactement ? Eh bien, la réponse peut être beaucoup plus simple que vous ne le pensez. Une équipe de recherche internationale incluant l’Université de Montréal (l’Université de Montréal est l’une des quatre institutions d’enseignement…) a réalisé une percée majeure en simulant avec précision les modifications synaptiques du néocortex considérées comme essentielles à l’apprentissage. savoir-faire, c’est à dire le processus…), ouvrant ainsi la voie à une meilleure compréhension du fonctionnement du cerveau (Le cerveau est l’organe principal du système nerveux central des animaux. Processus cérébraux…).

L’étude des chercheurs – qui s’appuie sur un modèle de code source (Le code source (ou sources ou encore source) est un ensemble d’instructions écrites en open…) – a été publiée le 1er juin dans NatureCommunications.

Un monde de nouvelles directions

“Cela ouvre un monde de nouvelles directions pour la recherche (Un scientifique est une personne qui se consacre à l’étude de la science ou des sciences et qui …) sur la façon dont nous apprenons”, a déclaré Elif. Mueller, professeure adjointe au Département de neurosciences (Les neurosciences correspondent à toutes les disciplines biologiques et …) à l’UdeM, chercheuse (Chercheuse (chercheuse) identifie une personne dont le métier est de faire la …) à IVADO – L’Institut permanent organisation créée dans un but précis. Il s’agit de …) pour la valorisation des données (En technologie de l’information (TI), les données sont la description principale, souvent …) – et le Département d’intelligence artificielle du CIFAR-Canada (Intelligence artificielle ou informatique cognitive ) sont “Finding Ways…” (AI), qui co-dirige les recherches du projet Blue Brain de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL).

Elif Müller déménage à Montréal (Montréal est à la fois une région administrative et une métropole du Québec[2]. C’est super…) en 2019 et poursuit ses recherches au sein du Laboratoire d’Architecture (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans, …) de la Formation Biologique qu’il a fondée au Centre de Recherche La recherche scientifique principalement désigne toutes les actions entreprises en vue de …) du CHU Sainte-Justine en collaboration avec l’UdeM et Mila, Institut québécois d’intelligence artificielle.

“Les neurones ont la forme d’un arbre (Un arbre est une plante terrestre qui peut pousser toute seule en hauteur, en…), et les synapses sont les feuilles sur les branches”, a expliqué le professeur Mueller, co-auteur. Les approches précédentes de modélisation de la plasticité ont ignoré cette structure arborescente, mais nous avons maintenant les outils informatiques pour tester l’idée que les interactions synaptiques des branches jouent un rôle clé dans le guidage de l’apprentissage in vivo (in vivo) est une expression latine…. “

Selon lui, « cela a des implications importantes pour la compréhension des mécanismes des troubles neurodéveloppementaux tels que l’autisme (Le terme autisme tend à désigner aujourd’hui un trouble affectant le visage de trois…) et la schizophrénie. Le terme schizophrénie regroupe généralement un ensemble de … .) mais aussi pour le développement (graphique) de nouvelles approches puissantes de l’IA inspirée des neurosciences”.

Employés dans cinq pays

Elif Müller collabore avec un groupe de scientifiques du projet EPFL Blue Brain, de l’Université de Paris (l’Université de Paris était l’une des plus grandes et des plus…), de l’Université hébraïque de Jérusalem (Hebrew University of Jerusalem (hébreu . ..)) , Instituto Cajal (Espagne) et Harvard Medical School pour développer un modèle de plasticité synaptique dans le néocortex basé sur la dynamique (Le mot dynamique est souvent utilisé pour désigner ou qualifier ce qui est en termes de mouvement. Il …) de calcium (Le calcium est un élément chimique avec le symbole Ca et le numéro atomique 20.) postsynaptique avec des données limitées.

Comment ça fonctionne? Plus simple que vous ne le pensez.

Le cerveau est composé de milliards de neurones qui communiquent entre eux, formant des milliards de synapses. Ces points de connexion entre les neurones sont des machines moléculaires complexes qui changent constamment sous l’influence de stimuli externes et de dynamiques internes, un processus communément appelé plasticité synaptique.

Dans le néocortex, zone clé liée à l’apprentissage des fonctions cognitives de haut niveau chez les mammifères, les cellules pyramidales constituent 80 à 90 % des neurones et sont connues pour jouer un rôle majeur dans l’apprentissage. Malgré leur importance, la dynamique à long terme de leurs modifications synaptiques n’a été caractérisée qu’expérimentalement entre plusieurs de leurs types et s’est révélée diverse.

Compréhension limitée

Par conséquent, la compréhension des circuits neuronaux complexes formés, en particulier par les couches corticales stéréotypées qui dictent l’interaction des différentes régions du néocortex, est limitée. L’innovation d’Eylif Müller et de ses collègues a été d’utiliser la modélisation informatique (Le calcul – rétrécissement de l’information et automatique – est un domaine…) pour avoir une meilleure idée de la dynamique de la plasticité synaptique qui pilote l’apprentissage dans ces chaînes néocorticales.

En comparant leurs résultats aux données expérimentales disponibles, ils ont montré dans leur étude que leur modèle de plasticité synaptique peut expliquer les diverses dynamiques de plasticité des différentes cellules pyramidales qui composent la puce néocorticale. Ils y sont parvenus en utilisant un seul ensemble unifié de paramètres de modèle, ce qui montre que les règles de plasticité néocorticale peuvent être partagées par tous les types de cellules pyramidales et donc prévisibles.

La plupart de ces expériences de plasticité ont été réalisées sur des tranches de cerveau de rongeurs in vitro (In vitro (latin : “dans le verre”) signifie un tube à essai ou, plus…), où la dynamique du calcium qui contrôle la transmission synaptique et la plasticité est significativement altérée par rapport à l’apprentissage du cerveau intact in vivo. Il est important que l’étude prédise la dynamique de la plasticité, qui est qualitativement différente des expériences de référence menées in vitro.

Si cela est confirmé par de futures expériences, les conséquences pour notre compréhension de la plasticité et de l’apprentissage dans le cerveau seront importantes, estiment Aylife Müller et son équipe.

“Ce qui est passionnant dans cette étude, c’est qu’elle est une confirmation supplémentaire pour les scientifiques que nous pouvons combler les lacunes dans les connaissances expérimentales en utilisant une approche de modélisation de la recherche sur le cerveau”, a-t-il déclaré. Neurologue EPFL Henry Markram, fondateur et directeur du projet Blue Brain.

C’est une science ouverte

“De plus, le modèle est open source, disponible sur la plateforme Zenedo”, a-t-il ajouté. Ici, nous avons partagé des centaines de connexions plastiques de cellules pyramidales de différents types. Non seulement le modèle de plasticité est validé à ce jour (Le jour ou le jour est l’intervalle qui sépare le lever du soleil ; c’est…), mais c’est aussi la prédiction la plus complète des écarts entre la plasticité observée dans une boîte de pétri et dans un cerveau intact.”

Henry Markram a conclu en disant que “ce saut quantique a été rendu (l’imagerie est un processus informatique qui calcule une image 2D (équivalente à une photo) …) possible grâce à notre approche scientifique collaborative en équipe. De plus, la communauté peut aller plus loin et concevoir ses propres versions en les modifiant ou en les complétant. C’est une science ouverte et va accélérer les progrès. »

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