lundi, 11 novembre 2019
De l’origine de la communication neuronale aux ordinateurs fabriqués par des cerveaux humains
La troisième séance du cours «Notre cerveau à tous les niveaux» que j’ai le plaisir de donner en collaboration avec l’UPop Montréal aura lieu ce mercredi 13 novembre à 19h au café Les Oubliettes. Intitulé intitulée « L’humain découvre la grammaire de base de son système nerveux », j’en ai présenté les grandes lignes ici la semaine dernière. Comme je l’avais expliqué dans le billet qui présentait ce projet, je voudrais cette semaine m’attarder sur certains aspects plus spécifiques de cette séance qui nous amèneront à parler des différences entre le cerveau et l’ordinateur, question que l’on abordera après la pause mercredi, donc après la première heure durant laquelle nous aurons présenté la grammaire de base de la communication entre nos neurones.
Repartons de la séance précédente où nous avions présenté cette étape importante de l’évolution que fut l’avènement des systèmes nerveux. Nous avions vu qu’ils allaient permettre à des organismes pluricellulaires, grâce à ce qu’on appelle la « boucle sensorimotrice », de percevoir dans leur environnement les ressources qui leur sont nécessaires (n’étant pas, comme les plantes, capables d’utiliser directement l’énergie solaire par la photosynthèse) et d’agir par la suite dans cet environnement pour accéder à ces ressources. Tous les animaux ont ainsi des neurones sensoriels pour sentir le monde et des neurones moteurs pour bouger dans celui-ci. Et en bougeant, les perceptions sensorielles vont se modifier constamment en temps réel, de sorte que ce qu’on appelle la cognition peut être vu comme ce flux ininterrompu de perception et d’action d’un corps et d’un cerveau situés dans un environnement.
Il est parfois difficile de reconnaître que cette boucle est encore à la base des systèmes nerveux des d’animaux comme les primates tellement nous avons « d’interneurones », c’est-à-dire de neurones qui ne sont ni sensoriels ou moteurs dans le cerveau. Des neurones qui reçoivent des influx nerveux des neurones sensoriels et qui transmettent ces signaux à d’autres neurones, puis à d’autres neurones, etc, etc. Et à un moment donné, après toutes sortes de détours d’une indescriptible complexité, un neurone moteur va recevoir des signaux de certains de ces neurones et va pouvoir commander (ou pas) à un muscle de se contracter pour faire bouger l’animal.
Or on l’a dit aussi, ce qui distingue le système nerveux des autres systèmes de communication dans le corps humain comme le système endocrinien ou le système immunitaire, c’est sa rapidité. Entre une perception et une action adaptée à la situation, il peut en effet s’écouler qu’une seconde, ou même une fraction de seconde. Comment les nombreux neurones de notre système nerveux s’y prennent-ils pour communiquer aussi rapidement ? Voilà un peu ce que cette troisième séance va essayer d’expliquer…
Je me contenterai cependant ici de rappeler cet article paru en 2014 d’Antonio Damasio et ses collègues que j’avais présenté dans ce blogue sous le titre De l’excitabilité membranaire à la conscience subjective. Ces auteurs s’étaient interrogés sur la nature des perturbations qui pouvaient en quelque sorte alerter la cellule nerveuse sensorielle qu’il se passait « quelque chose » qui la concerne dans l’environnement. Et ils constataient que c’était toujours au départ de petits ions positifs, essentiellement de sodium (Na+) et de calcium (Ca2+) qui entrent massivement dans la cellule. Et par la suite, de neurones en neurones jusqu’aux muscles, ils constataient que c’était toujours cette entrée de cations (ou ions chargés positivement) qui était le premier événement à se produire dans une cellule avant de déclencher les mécanismes moléculaires spécifiques propres à chaque étape de la communication neuronale dont nous détaillerons la grammaire durant cette séance.
Je recopie ce passage de ce billet de blogue qui s’accorde particulièrement bien avec la démarche évolutive entreprise dans ce cours il y a deux semaines :
« Les auteurs rappellent que l’environnement favorable pour les réactions biochimiques qui s’auto-entretiennent dans un espace fermé par une membrane cellulaire (ce que Maturana et Varela appelle l’autopoïèse) est optimal dans un milieu légèrement alcalin, donc globalement chargé négativement. Par conséquent, une intrusion massive d’ions sodium ou calcium, abondants dans le milieu marin à l’origine de la vie, a pu être un premier signal direct indiquant à l’intérieur de la cellule que quelque chose se passe à l’extérieur. Par exemple un prédateur qui a commencé à abimer la membrane, provoquant une entrée d’ions positifs, et qui nécessite un mouvement pour s’éloigner du danger. »
Cet ancrage de la cognition animale dans les processus les plus fondamentaux du vivant expliquerait, selon eux, pourquoi « l’intelligence artificielle, implémentée sur des circuits électroniques où ce sont des électrons qui circulent, ne peut avoir de sentience dans le sens où nous l’entendons pour les animaux. Car ces microprossessurs, bien qu’ils traitent les inputs et produisent des outputs souvent de façon semblable aux humains, n’ont pas cette préoccupation intrinsèque pour leur survie associée ici à l’entrée de charges positives dans les cellules nerveuses. »
Après la pause mercredi, nous examinerons donc d’abord ce qui distingue le cerveau de l’ordinateur au niveau du « hadware » (nombre d’unités élémentaires de base dans le système, degré de connectivité de ces unités, vitesse de traitement, etc.), aidé en cela par l’heure précédente sur les mécanismes de communication de nos neurones. Nous dirons un mot de la souplesse ou plasticité de chacun des deux systèmes en distinguant les ordinateurs classiques des algorithmes de type « deep learning » capables d’apprendre comme un cerveau humain, en soulignant que c’est souvent lorsque l’informatique a copiée une caractéristique fondamentale du cerveau qu’elle a fait des avancées importantes. Et nous terminerons en parlant du type de computations (ou calculs) que font les ordinateurs (computation digitale) et les cerveaux des animaux (computation ni complètement digitale ou analogique, mais d’une forme mixte dite « neuronale »). Cela ouvrira la porte à des débats encore très présents au sein des sciences cognitives à savoir jusqu’à quel point on peut dire que le cervau fait des computations, et qu’est-ce que ce mot veut dire réellement, un sujet qui avait donné lieu à une controverse animée il y quelques années.
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