Une équipe du MIT fabrique une puce simulant l'activité d'une synapse

Un groupe de chercheurs du célèbre MIT (Massachusetts Institute of Technology) vient de créer une puce d’un genre très particulier. Signe distinctif ? Elle copie le fonctionnement d’une synapse, un élément crucial du cerveau, et pourrait paver la voie vers un ordinateur capable de calculer comme le ferait l’organe humain.

cerveau

Le cerveau, toujours un modèle

Un processeur peut aujourd’hui embarquer des milliards de transistors, il ne peut prétendre rivaliser avec le cerveau pour certaines opérations. Oui un processeur peut afficher des milliers de décimales de PI en un temps record, ce qu’aucun être humain ne peut faire. Mais d’autres opérations que nous considérons triviales, comme la reconnaissance visuelle, allant du visage à l’écriture, demande à un processeur de vastes quantités de calculs. Voilà pourquoi le rêve d’une puce qui imiterait le fonctionnement du cerveau est toujours resté très vivace.

Un groupe de chercheurs du MIT a réussi à faire d’une puce une copie numérique d’une synapse. Une synapse est un lien entre deux neurones. Une fois passée la tranche 18-20 ans, un cerveau perd des neurones de manière régulière. Pourtant, nous ne cessons jamais d’engranger des informations et l’âge apporte une souplesse grandissante dans leur manipulation, avec notamment une accélération de la mise en relation. Pourquoi ? Parce que si le nombre de neurones diminue, le nombre de synapses augmente, créant un très dense réseau de connexions. En clair, si le neurone stocke l’information, c’est bien la synapse qui la transporte.

puce synapse mit
Source de l'image : MIT

À la différence d’un processeur, les informations ne suivent pas un chemin prédéfini fait d’embranchements et de portes. Le cerveau s’adapte continuellement aux conditions d’utilisation. C’est la raison pour laquelle des activités comme la lecture, l’apprentissage des langues ou encore les mots-croisés sont souvent donnés en exemple pour « muscler » l’organe. Et à la différence d’un processeur également, même si l’activité du cerveau est électrique, elle n’est pas simplement binaire.

L'immense fossé de la réalisation technique

C’est la raison pour laquelle l’équipe du MIT s’est attelée à reconstituer un fonctionnement qui, par essence, est analogique. La puce qui a été produite imite le fonctionnement chimique de la synapse et l’activité des neurotransmetteurs, composés essentiels dans la communication cérébrale. Dans la puce, on ne trouve pourtant que 400 transistors assemblés selon un classique procédé CMOS. Mais attention : une puce représente une seule synapse, alors que le cerveau humain en contient en moyenne… un million de milliards (chaque neurone possède entre 1000 et 10 000 connexions synaptiques).

À cause de ce nombre indécent de connexions, et donc de voies possibles, la solution devient très vite « incontrôlable », comme l’explique le chercheur Chi-Sang Poon. Il ajoute en outre : « Si toutes ces synapses ont besoin d’être simulées en séries, il n’existe aucun moyen de réaliser quoi que ce soit en un temps fini. Chaque synapse est incroyablement lente comparée à quoi que ce soit de numérique, mais le cerveau fait ce qu’il fait en ayant un nombre immense de ces ‘machines’ travaillant en parallèle ».

Autre problème : la capacité à retenir fermement une information dans le cerveau vient d’un degré d’intensité dans les canaux d’ions qui se trouvent dans les synapses. Et c’est là que le numérique ne fait plus l’affaire, car un 0 ou 1 ne suffisent plus : il faut intégrer en mécanisme de base une échelle de valeur pour représenter un degré d’intensité. La puce et ses 400 transistors peuvent le faire, procédant par étapes pour émuler littéralement les canaux d’ions.

Malgré la difficulté, des efforts salués et des perspectives

Le cerveau, en tant qu’organe, ne débute pas comme un processeur avec un potentiel fini et inaltérable. Il apprend et se transforme en permanence, créant de nouvelles routes à l’information quand c’est nécessaire, en en fermant d’autres quand elles ne sont plus utilisées. Cette plasticité et cette adaptation permanente restent encore un rêve lointain, mais des équipes y travaillent d’arrache-pied, et pas seulement : la firme IBM rêve elle aussi d’un ordinateur cognitif.

Il n'en reste pas moins que le progrès a été salué. Le professeur Dean Buonomano, de l'université de Californie, considère ainsi que cette puce « est une avancée significative dans les efforts pour intégrer ce que nous savons de la biologie neuronale et synaptique sur des… puces. Le niveau de réalisme biologique est impressionnant ».

Le but maintenant ? Adapter la découverte pour la tourner vers des utilisateurs spécifiques comme, justement, la reconnaissance visuelle.

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