Des scientifiques simulent le cerveau d'un ver dans un robot LEGO, percée dans le mapping neuronal

• Des scientifiques ont placé le cerveau d'un ver rond (Caenorhabditis elegans) dans un robot LEGO.
• Ils ont cartographié les connexions entre les 302 neurones du ver et les ont simulés en logiciel.
• Adresses IP et numéros de port sont utilisés pour adresser chaque neurone.

Le cerveau est bien plus qu'une simple collection de signaux électriques. Si l'humain apprend à stocker ces signaux sans les distordre, nous pourrions télécharger le cerveau de quelqu'un dans un ordinateur, le faisant vivre pour toujours sous forme de conscience numérique, comme dans le film hollywoodien Transcendance.

Les chercheurs ne sont pas près d'atteindre un tel exploit, du moins avec les cerveaux humains, mais ils ont atteint quelques jalons par le passé. Par exemple, une équipe de recherche internationale a réussi à placer le cerveau d'un ver rond dans un corps robotique en LEGO.

Le ver utilisé est Caenorhabditis elegans, un nématode libre et transparent, d'environ 1 millimètre de long. Il vit dans des environnements de sol tempérés et ne possède ni système respiratoire ni système circulatoire. Ses gènes et son système nerveux ont été étudiés à de nombreuses reprises.

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Intégration du ver dans un robot

En 2014, le projet OpenWorm a cartographié les connexions entre les 302 neurones du ver et les a simulés en logiciel. Ensuite, ils ont implémenté le programme logiciel dans un petit robot LEGO. L'objectif principal était de simuler entièrement Caenorhabditis elegans en tant qu'organisme virtuel.

Les parties du corps du ver et son réseau neuronal ont des équivalents LEGOBot : les neurones du nez du ver ont été remplacés par un capteur sonar sur le robot. Les neurones moteurs parcourant les deux côtés du ver correspondent aux moteurs à droite et à gauche du robot. Dans l'ensemble, le robot se comporte de manière très similaire à Caenorhabditis elegans.

La simulation n'est pas précise à 100 % – quelques paramètres du logiciel doivent déclencher le déclenchement d'un neurone. Cependant, le travail accompli est plus qu'impressionnant compte tenu du fait que le robot ne fonctionne sur aucune commande ou instruction programmée. Il ne contient qu'un réseau de connexions imitant le cerveau du ver.

Plus précisément, le modèle est précis dans ses connexions et utilise des paquets UDP pour déclencher les neurones. Si 2 neurones ont 3 connexions synaptiques, par exemple, lorsque le premier neurone se déclenche, un paquet UDP est transmis au 2e neurone avec la charge utile « 3 ».

Source : I Programmer

Les chercheurs ont utilisé des adresses IP ainsi que des numéros de port pour adresser chaque neurone. L'ensemble du neurone agrège les poids et se déclenche si la valeur dépasse un seuil. L'accumulateur est réinitialisé si le neurone se déclenche ou si aucun message n'arrive dans une fenêtre de 200 millisecondes. C'est quelque chose de similaire à ce qui se passe dans un réseau neuronal réel.

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Les capteurs attachés au robot LEGO sont échantillonnés toutes les 100 millisecondes. Il est câblé comme le nez du ver : si quelque chose se trouve à moins de 20 centimètres, il envoie des neurones sensoriels dans le réseau.

Le même concept est appliqué aux 95 neurones moteurs, et les signaux moteurs sont rassemblés et utilisés pour contrôler le mouvement et la vitesse de chaque moteur. Ces neurones moteurs peuvent être inhibiteurs ou excitateurs, et des valeurs négatives et positives sont utilisées.

Le projet OpenWorm

Le projet OpenWorm se poursuit aujourd'hui, améliorant les simulations et les visualisations. Ils explorent le développement du ver, en se concentrant sur le processus de développement chez les nématodes et d'autres formes de vie par l'analyse de données et la simulation.

Ils ont développé une nouvelle approche interactive pour jouer avec le ver dans le navigateur, une plateforme plug-and-play appelée Geppetto. De plus, ils utilisent des techniques d'optimisation comme les algorithmes génétiques pour ajuster et affiner les modèles afin qu'ils correspondent aux données expérimentales issues d'observations cellulaires réelles.

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La prochaine étape est de connecter le cerveau humain – ce que l'on appelle le connectome. Même si nous ne pourrons pas télécharger les cerveaux humains sur ordinateurs dans un avenir proche, le simple fait de pouvoir simuler un cerveau entier aiderait à révolutionner l'intelligence artificielle. Et si nous pouvions un jour atteindre cette étape, les applications et opportunités seraient si vastes que nous ne pouvons pas l'imaginer actuellement.