Le cerveau

C'est l'organe le plus complexe du corps humain, et pourtant des scientifiques cherchent déjà à en créer des répliques artificielles. A la fois le centre du système nerveux et l'origine de la conscience, si l'homme arrive un jour à le synthétiser, les possibilités seront infinies.

La bio-mécatronique et le cerveau dans leurs applications civiles

Un cerveau artificiel annoncé dans dix ans

Un abus de langage courant nomme à tort «cerveaux électroniques» le contenu de nos ordinateurs et les puces de nos appareils électroniques. Sauf qu'aucun de ces dispositifs n'a l'architecture ou les fonctions d'un vrai cerveau. Depuis 2005, cependant un énorme projet de simulation sur ordinateurs, baptisé «Blue Brain Project», s'est donné comme objectif de fabriquer, dans dix ans, le premier «vrai» cerveau électronique.
Comme l'a rappelé le 24 juillet dernier, le directeur du projet, Henry Markram, de l'École fédérale polytechnique de Lausanne (Suisse) lors d'une conférence à Oxford, il s'agit plus exactement de simuler l'architecture et le fonctionnement du néocortex des mammifères au moyen d'un supercalculateur IBM de la famille Blue Gene, le troisième superordinateur le plus rapide du monde (36 téraflops). Ces machines peuvent effectuer simultanément plusieurs milliers de milliards d'opérations par seconde !

Blue Gene est capable aussi bien d'analyser en temps réel les signaux radioastronomiques dans le cadre de recherches sur l'origine de l'univers, que de simuler, toujours en temps réel, le repliement des protéines. Des performances qui en font un bon candidat pour modéliser le cerveau.
Les chercheurs se sont concentrés sur une colonne du cortex des mammifères. Autrement dit unité fonctionnelle empilant verticalement 10 000 neurones de plus de 200 types génétiques distincts. Il a fallu, pour alimenter le modèle, utiliser les données de plus de 15 000 expériences individuelles effectuées dans les laboratoires du monde entier sur des neurones en culture.

Avec ces données, l'équipe du Pr Markram a créé dans Blue Gene une colonne virtuelle de neurones corticaux où sont mimés l'architecture, la morphologie et le fonctionnement d'un réseau de 10 000 cellules en trois dimensions. L'équivalent d'un micro-ordinateur portable est nécessaire pour effectuer les calculs et la simulation d'un seul de ces neurones, c'est la raison pour laquelle Blue Gene, et ses 1 000 calculateurs ont été choisis.
Ce n'est qu'un début mais la phase 1 de l'expérience vient d'être finalisée : le modèle «vit» dans la machine. Les chercheurs ont présenté à ce cerveau in silico des images et mesuré son activité électrique de réponse : «Vous stimulez le système, et il crée sa propre représentation» à partir de cette simulation initiale, a expliqué Henry Markram. Le but final de cette première phase est d'extraire cette représentation et de l'observer. Pour voir comment le cerveau perçoit le monde !
Non seulement il faut connaître, décrire et mimer toutes les règles régissant les communications entre les cellules nerveuses, mais l'équipe de Lausanne veut descendre encore plus profondément dans chaque cellule, au niveau moléculaire des structures et des échanges !

Le Pr Markram rappelle que le néocortex apparu dans l'espèce humaine «est en réalité un nouveau cerveau. Les grands mammifères avaient besoin d'un outil cognitif pour l'éducation de leur progéniture, pour les interactions entre membres de la tribu, et pour les fonctions supérieures», comme les émotions ou la réflexion. «Cela a été un tel succès dans l'évolution que la taille de ce cortex a été rapidement multipliée par mille.»
Le projet est pharaonique : une seule colonne de cortex est aujourd'hui reproduite dans la machine d'IBM. Or notre cortex contient environ un million de ces unités fonctionnelles. Pour étudier un cerveau complet, il faudra inventer une machine informatique un million de fois plus puissante que Blue Gene. Cet outil pourrait servir à comprendre et traiter les maladies mentales ou, si les différences entre espèces sont élucidées, à dialoguer avec des animaux…


La bio-mécatronique et le cerveau dans leurs applications militaires

Pourra-t-on un jour, transformer le cerveau en arme?

Selon une étude, publiée par la Royal Society, les neurosciences pourraient occuper un grand rôle dans le domaine militaire. D'une part pour augmenter le potentiel cérébral et les performances des soldats alliés ou d'autre part pour altérer celles des soldats ennemis, comme par exemple les endormir durant un affrontement ou les manipuler durant un interogatoire.
Grâce à une nouvelle technologie appeléé "Interface cerveau-machine", les soldats pourraient aussi se servir de leur cerveau pour contrôler des appareils militaires (drone, tank, avion, etc.). L'étude cite également un rapport de l'armée américaine ayant fait effectuer à ses soldats des tests de réalité virtuelle visant à permettre au cerveau des fantassins à s'habituer aux conditions de combat et ains d'augmenter les réflexes et les prises de décision en situation réelle.

"Nous savons que les recherches en neurosciences ont le potentiel d'offrir de grands avantages sociaux [...] comme des traitements efficaces pour les maladies et les troubles tels que la maladie de Parkinson, la dépression, la schizophrénie, l'épilepsie et la dépendance. [...] Par contre, la compréhension du cerveau et du comportement humain, ainsi que l'évolution de l'administration des médicaments, met aussi en évidence des façons de dégrader les performances des êtres humains qui pourraient être utilisés comme de nouvelles armes." a déclaré le professeur Rod Flower, enseignant en pharmacologie biochimique à l'Université Queen Mary de Londres et responsable de l'étude.
"Si vous prenez le contrôle d'un drone à l'aide de l'interface cerveau-machine et que vous tirez sur la mauvaise cible, qui est responsable? Vous ou l'interface?" conclut-il.

La bio-mécatronique et le cerveau dans la science fiction

Ghost in the shell : Où se situe la frontière entre le corps et l’esprit ?

Ghost in the Shell est un manga de Masamune Shirow. Ghost (en anglais : le fantôme, l’esprit) fait référence à l’esprit, à l’âme humaine. Shell (en anglais : shell = la coquille, la carcasse) fait référence à l’enveloppe humaine robotisée.
Plusieurs thèmes classiques de la science-fiction sont abordés, tel que les rapports entre les hommes dans une société robotisée. Dans cette oeuvre l'auteur pose de nombreuses questions à portée philosophique comme par exemple : "Qu’est-ce qui distingue l’être humain d’un robot pensant avoir conscience de son existence ?", "Qu’est-ce qui fait la spécificité de la pensée humaine ?" ou encore "Que peut on considérer comme un être vivant" ?

En effet, si un jour un cerveau artificiel en tout point identique au cerveau humain est conçu, un nombre incalculable de questions verraient alors le jour. Et le cerveau étant indéniablement l'organe du corps humain le plus complexe et donc le plus dur à reproduire artificiellement, les technologies alors disponible permettrai sans doute de créer un humain entièrement artificielle, mais pourrait-on alors le définir en tant qu'humain?
Le manga Ghost in the Shell est un incontournable pour tout ceux souhaitant mieux apréhender les possibilités infinies de la bio-mécatronique dans le futur.