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Les réseaux de neurones artificiels font l’objet de nombreuses études en intelligence artificielle, mais pas seulement. Ils pourraient en effet également servir de prothèses, en support de neurones biologiques. Ces deux mondes doivent cependant pouvoir communiquer. Des chercheurs du laboratoire d’Intégration du matériau au système (IMS - CNRS, Bordeaux INP et université de Bordeaux) et des universités de Tel-Aviv, Tokyo et du Pays Basque ont fabriqué une preuve de concept de neuroprothèse, où des neurones artificiels transmettent des informations à des neurones biologiques et permettent leur synchronisation, le tout en temps réel. Les stimuli du système artificiel sont ainsi transformés en réponses similaires dans le système biologique. Ces travaux ont fait l'objet d'une publication en mai 2020 dans la revue internationale Nature Scientific Reports.

Rapprocher les réseaux de neurones et leurs pendants artificiels

Contrairement aux réseaux de neurones artificiels les plus utilisés en intelligence artificielle, les chercheurs ont ici employé des spiking neural networks (SNN), où l’activité neuronale est plus proche de celle biologique. Ces neurones sont implémentés dans une plateforme numérique où l’activité électrique de soixante-quatre d’entre eux est ensuite représentée par une image binaire composée de 8 × 8 carrés. Chaque carré s’allume si le neurone est actif, et sinon reste noir.

Cette image est ensuite projetée en lumière bleue sur une culture in vitro de neurones de souris, qui ont justement été génétiquement modifiés pour réagir à cette couleur. On parle alors de stimulation optogénétique. En dessous de la culture, une seconde matrice d’électrodes (MEA) permet d’enregistrer leur réponse électrique ainsi qu’une imagerie Calcium, qui confirment que les neurones biologiques reproduisent bien, et en temps réel, l’activité des neurones artificiels.

Après ce grand pas en avant dans la conception de neuroprothèses, les chercheurs tentent à présent de fermer la boucle en obtenant la communication inverse : des neurones biologiques aux artificiels, afin de développer de nouvelles thérapies permettant d’assurer la survie cellulaire et la régénération des circuits neuronaux.

Sources : Institut des sciences et de l’ingénierie des systèmes (INSIS) du CNRS