Le projet M4

Projet M4 : les Mécanismes de Mémorisation chez l’Homme et la Machine (Memory mechanisms in Man and Machine)

Nous avons tous l’impression que nous sommes capables de reconnaitre des stimuli neurovisuels ou auditifs auxquels nous n’avons pas été confronté depuis des années, voir des décennies. Par exemple, une personne née dans les années 50 pourra se souvenir d’une série télévisée, alors qu’il ne l’a pas vu depuis les années 60. Une autre personne pourra se souvenir d’une berceuse qu’il n’a pas écouté depuis son enfance… Ou encore d’une odeur à laquelle il n’a pas été exposé depuis des années.

Quels mécanismes biologiques pourraient permettre de conserver ces souvenirs sur une aussi longue période sans qu’il y ait eu de réactivation entre deux ? Jusqu’à présent, aussi étonnant que cela puisse paraitre, cette question n’a pas reçu de réponses convaincantes, probablement parce que cela implique des modèles atypiques de consolidation neuronale.

Dans ce projet, nous faisons l’hypothèse qu’il existe des mécanismes mnésiques impliquant la formation de neurones hautement sélectifs, qui auraient la particularité de rester silencieux lorsqu’ils ne sont pas activés par le stimulus lui-même. En restant silencieuses, les cellules neuronales pourraient ainsi conserver leur sélectivité initiale pendant des décennies. Cette hypothèse repose sur une règle d’apprentissage de type STDP (Spike-Time Dependent Plasticity, Masquelier and Thorpe, 2007), dans laquelle la force des poids synaptiques d’un neurone ne change que si ce neurone est activé. Depuis 20 ans, nous avons montré grâce à de nombreuses simulations que ce modèle, combiné à un mécanisme de codage temporel, permet à de simples neurones de type “integrate and fire” de devenir hautement sélectifs à la présentation de stimuli répétés, même après une dizaine de présentations seulement (une idée que je défends depuis près de vingt ans, voir Guyonneau et al., 2005). Or si ce neurone est suffisamment sélectif, il peut rester silencieux jusqu’à ce que le stimulus en question soit de nouveau présenté. Les synapses n’étant modifiées qu’à chaque nouvelle décharge, les neurones en question pourraient ainsi conserver les propriétés acquises lors de la phase initiale d’apprentissage pendant plusieurs décennies.

Cette idée est particulièrement controversée. D’une part, parce que cela implique l’existence de “neurones grands-mères” dans le néocortex, mais aussi l’existence d’un grand nombre de cellules corticales ne déchargeant jamais ou presque, ce qui serait l’équivalent d’une sorte de “matière noire” corticale. A ce jour, il n’y a pas de preuves tangibles de leur existence. Cependant, il n’existe pas vraiment d’autres hypothèses permettant d’expliquer que les souvenirs puissent rester intacts pendant si longtemps sans réactivation.

Le projet M4 a pour objectif de tester cette hypothèse provocatrice. Il est financé par la Commission Européenne FP7 , depuis Mai 2013.
téléEn utilisant un ensemble de techniques allant de l’imagerie fonctionnelle aux enregistrements de neurones unitaires chez le patient épileptique, nous cherchons à comprendre comment les structures cérébrales répondent à des souvenirs extrêmement éloignés. En parallèle, nous effectuons aussi des études de simulation pour déterminer si la combinaison de codage temporel et de STDP permet de stocker de manière robuste et extrêmement sélective des informations sensorielles sur une longue période. Grâce à des collaborations avec d’autres équipes de recherche, nous utiliserons ces résultats de modélisation et de simulation pour développer un système électronique bio-inspiré capable de reproduire les facultés d’apprentissage du cerveau à partir de technologies récentes de type memristor.

Lien : M4 – Projet scientifique

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