Une nouvelle étude vise à percer les mystères du cerveau humain

Le fonctionnement du cerveau humain est un mystère que l’on déchiffre progressivement, et le professeur Richard Naud de la Faculté de médecine de l’Université d’Ottawa a dirigé une nouvelle étude fascinante qui nous rapproche un peu plus d’une réponse à ces grandes questions.

Les résultats de l’étude ont des répercussions importantes pour les théories de l’apprentissage et de la mémoire de travail et pourraient ouvrir la voie à de futurs progrès en matière d’intelligence artificielle (IA), puisque les équipes de développement et de programmation en IA suivent les travaux du professeur Naud et d’autres neuroscientifiques chevronnés.

Publiée dans la revue Nature Computational Science, l’étude porte sur les nombreuses facettes du mystère de la « variabilité de la réponse » des neurones, les cellules du cerveau qui utilisent des signaux électriques et chimiques pour traiter l’information et donnent le feu vert à tous les aspects remarquables de la conscience humaine.

Les résultats montrent comment la variabilité neuronale est contrôlée par les dendrites, le prolongement filamenteux de chaque neurone qui permet de recevoir des intrants synaptiques dans nos propres réseaux de communication neuronale. Cette étude rigoureuse conclut que les propriétés des dendrites influencent puissamment la variabilité des extrants, une fonction qui contrôle la plasticité synaptique dans le cerveau.

« L’intensité de la réponse d’un neurone est contrôlée par des intrants à même son noyau, mais la variabilité de sa réponse est contrôlée par les intrants à son prolongement filamenteux – les dendrites », indique Richard Naud, professeur agrégé au Département de médecine cellulaire et moléculaire de la Faculté de médecine et au Département de physique de l’Université d’Ottawa. « Cette étude établit de façon plus précise comment chaque neurone peut avoir la propriété essentielle de contrôler la variabilité de la réponse grâce à leurs intrants. »

À l’origine, l’étude était basée sur une simple intuition. Le professeur Naud soupçonnait que, si la portée d’un cadre mathématique qu’il avait utilisé pour décrire le corps cellulaire des neurones était élargie pour tenir compte de leurs dendrites, il serait possible – avec un peu de chance – de simuler efficacement des réseaux de neurones avec dendrites actives.

Zachary Friedenberger, doctorant au Département de physique et collaborateur du laboratoire du professeur Naud, a mis à profit son expérience en physique théorique pour résoudre le problème en un temps record et surmonter des défis liés à la théorie. Plus tard, les prédictions du modèle ont été validées par une analyse des données d’enregistrement in vivo et observées à la lumière d’un large éventail de paramètres.

L’un des examinateurs des travaux a indiqué que l’analyse théorique « fournit un aperçu des éléments essentiels du calcul biologique et sera d’un intérêt particulier pour un vaste public de neuroscientifiques computationnels et expérimentaux. »