Les neurones artificiels utilisent la lumière pour communiquer avec de vrais neurones.

Crédit : geralt, Pixabay, 4922134

Un moyen de faire communiquer des réseaux neuronaux artificiels avec des réseaux biologiques a été conçu par une équipe internationale de chercheurs dirigée par Ikerbasque Paolo Bonifazi de l’Institut de recherche en santé Biocruces (Bilbao, Espagne) et Timothée Levi de l’Institut des sciences industrielles de l’Université de Tokyo et du laboratoire IMS de l’Université de Bordeaux.
Ce nouveau système utilise les signaux produits au sein des réseaux neuronaux dits « spiking » (SNN), des réseaux neuronaux artificiels à impulsion qui tendent à limiter plus efficacement les réseaux neuronaux biologiques.

Le nouveau système, tel qu’indiqué dans le communiqué de presse concernant l’étude (publié dans Rapports scientifiques), convertit les signaux électriques artificiels en un modèle visuel qui, à son tour, est utilisé pour activer de vrais neurones par stimulation optogénique. L’optogénétique est une technique basée sur l’utilisation de protéines photosensibles prélevées, par exemple, sur des algues ou certains animaux.

Ces progrès, selon les chercheurs, pourraient s’avérer utiles pour les futurs dispositifs de neuroprothèse qui pourraient remplacer les neurones endommagés par des circuits « neuronaux » artificiels.
L’imitation de vrais neurones du cerveau est utile dans le domaine de la neuroplastie, mais elle est très difficile car les neurones eux-mêmes communiquent de manière très précise et de toute façon difficile à imiter avec un réseau neuronal électronique.

C’est pourquoi les chercheurs de cette équipe internationale ont décidé de convertir les signaux électriques en lumière : « Les progrès de la technologie optogénétique nous ont permis de cibler précisément les neurones dans une très petite zone de notre réseau neuronal biologique », explique M. Levi.
Les chercheurs ont utilisé des protéines qui sont activées par la lumière bleue pour convertir l’électricité du réseau neuronal en un schéma particulier qui permet, au moins dans les neurones cultivés, de produire une activité synchrone qui suit un certain rythme.

« La clé de notre succès, explique encore Levi, a été de comprendre que les rythmes des neurones artificiels devaient correspondre à ceux des vrais neurones. Une fois que nous avons pu le faire, le réseau biologique a pu répondre aux « mélodies » envoyées par le réseau artificiel. Les résultats préliminaires obtenus dans le cadre du projet européen Brainbow nous aident à concevoir ces neurones artificiels biomimétiques ».
Une prothèse utilisant un tel système peut être capable de remplacer les circuits biologiques endommagés du cerveau pour rétablir la communication entre différentes zones du même cerveau.