Pouvez-vous compter sur votre cerveau?
Les résultats, publiés dans la revue La nature, suggèrent que le cerveau est intrinsèquement peu fiable.
Cela peut ne pas paraître surprenant pour la plupart d'entre nous, mais cela laisse perplexe les neuroscientifiques depuis des décennies. Étant donné que le cerveau est le dispositif informatique le plus puissant connu, comment peut-il fonctionner si bien même si le comportement de ses circuits est variable?
Une hypothèse de longue date est que les circuits du cerveau sont en fait fiables - et la variabilité apparemment élevée est due au fait que votre cerveau est engagé dans de nombreuses tâches simultanément, qui s’affectent les unes les autres.
C'est cette hypothèse que les chercheurs de l'University College London ont directement testée.
L'équipe - une collaboration entre des expérimentateurs du Wolfson Institute for Biomedical Research et un théoricien, Peter Latham, de l'unité de neuroscience computationnelle de Gatsby - s'est inspirée du célèbre effet papillon, du fait que le battement des ailes d'un papillon au Brésil pouvait déclencher une tornade au Texas.
Leur idée était d'introduire une petite perturbation dans le cerveau, l'équivalent neuronal des ailes de papillon, et de se demander ce qu'il adviendrait de l'activité dans le circuit. La perturbation se développerait-elle et aurait-elle un effet d'entraînement, affectant ainsi le reste du cerveau, ou disparaîtrait-elle immédiatement?
Cela s'est avéré avoir un énorme effet d'entraînement. La perturbation était un seul «pic» supplémentaire, ou influx nerveux, introduit dans un seul neurone dans le cerveau d'un rat. Ce seul pic supplémentaire a provoqué une trentaine de nouveaux pics supplémentaires dans les neurones voisins du cerveau, dont la plupart ont provoqué une trentaine de pics supplémentaires, et ainsi de suite.
Cela peut ne pas sembler beaucoup, étant donné que le cerveau produit des millions de pointes chaque seconde. Cependant, les chercheurs ont estimé que finalement, un pic supplémentaire affectait des millions de neurones dans le cerveau.
«Ce résultat indique que la variabilité que nous voyons dans le cerveau peut en fait être due au bruit et représente une caractéristique fondamentale du fonctionnement normal du cerveau», a déclaré l'auteur principal, le Dr Mickey London, du Wolfson Institute for Biomedical Research, UCL.
Cette amplification rapide des pointes signifie que le cerveau est extrêmement «bruyant» - beaucoup, beaucoup plus bruyant que les ordinateurs.
Néanmoins, le cerveau peut effectuer des tâches très complexes avec une vitesse et une précision énormes, beaucoup plus rapides et plus précises que l'ordinateur le plus puissant jamais construit (et susceptible d'être construit dans un avenir prévisible).
Les chercheurs de l'UCL suggèrent que pour que le cerveau fonctionne si bien face à des niveaux de bruit élevés, il doit utiliser une stratégie appelée code de taux. Dans un code de taux, les neurones considèrent l'activité d'un ensemble de nombreux neurones et ignorent la variabilité individuelle, ou le bruit, produit par chacun d'eux.
Alors maintenant, nous savons que le cerveau est vraiment bruyant, mais nous ne savons toujours pas pourquoi.
Les chercheurs de l'UCL suggèrent qu'une possibilité est que ce soit le prix que le cerveau paie pour une connectivité élevée entre les neurones (chaque neurone se connecte à environ 10 000 autres, ce qui entraîne plus de 8 millions de kilomètres de câblage dans le cerveau humain).
Vraisemblablement, cette connectivité élevée est au moins en partie responsable de la puissance de calcul du cerveau. Cependant, comme le montre la recherche, plus la connectivité est élevée, plus le cerveau est bruyant. Par conséquent, bien que le bruit ne soit pas une fonctionnalité utile, il s'agit au moins d'un sous-produit d'une fonctionnalité utile.
Source: University College de Londres
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