Le bruit neuronal vous aide à apprendre 30.03.2015

Il y a vingt ans, des neuroscientifiques de Stanford ont découvert une étrange activité sonore dans certains neurones cérébraux : ils répondaient à des stimuli qui semblaient n'avoir rien à voir avec eux. Et une telle activité est apparue précisément lorsque le cerveau a pris une décision. L'expérience elle-même était la suivante : les animaux expérimentaux devaient déterminer comment les points sur l'écran se déplaçaient, de droite à gauche ou de gauche à droite ; en cas de bonne réponse, une récompense était donnée. À l'aide d'un tel modèle, il est possible d'étudier quels processus cérébraux accompagnent la formation de catégories. La catégorisation des objets et des phénomènes est l'une des caractéristiques les plus générales de la psyché qui sous-tend l'apprentissage, et il serait vraiment intéressant de savoir ce qui se passe dans le cerveau en ce moment. Dans ce cas, comme on le comprend aisément, il fallait distinguer deux classes d'objets : ceux qui se déplacent dans un sens, et ceux qui se déplacent dans le sens opposé.

En conséquence, il a été possible de trouver un groupe de neurones qui réagissent au mouvement, et parmi eux se trouvaient ceux qui devenaient particulièrement actifs au moment même de prendre une décision. Cependant, leur activité donnait l'impression que certaines cellules criaient "de droite à gauche !" en réponse au point, tandis que d'autres criaient "de gauche à droite !" en réponse au même point, quel que soit l'endroit où le point se déplace réellement. Le niveau de bruit a été réduit à l'aide d'une récompense pour la bonne réponse - cela a accordé les neurones, les rendant plus pointilleux et moins bruyants, de sorte qu'ils ont commencé à répondre principalement uniquement aux points d'un, "leur" catégorie. Et ce qui était particulièrement étrange, c'est que le bruit neuronal ne se produisait pas du tout dans les zones du cortex qui sont généralement associées à la prise de décision.

Pourquoi les neurones font du bruit dans la partie "non centrale" du cerveau, nous avons réussi à le découvrir partiellement seulement maintenant, à l'aide d'un modèle informatique développé par Tatiana Engel et ses collègues ; les résultats de leurs travaux sont publiés dans Nature Communications. Le modèle imitait le travail des circuits neuronaux reliant les zones sensorielles du cerveau aux zones de catégorisation. Les neurones virtuels "ont observé" des points qui se déplaçaient dans des directions différentes et qui devaient être divisés en deux mêmes classes, "droite" et "gauche" - comme dans l'expérience originale avec des animaux.

Un circuit neuronal simulé, contrairement à un vrai, peut être privé de la capacité de faire du bruit, ce que les chercheurs ont fait. Mais il s'est avéré que sans le bruit neuronal qui accompagne le choix, la formation de catégories est impossible. En d'autres termes, pour qu'une classe de points se déplaçant de droite à gauche se forme dans l'esprit, le cerveau doit faire un choix dans des conditions "bruyantes", lorsque certains des neurones "s'agiteront" simultanément pour la mauvaise réponse. Si nous ignorons les points et prenons un exemple plus réaliste, imaginez que chaque matin vous choisissiez entre une tasse de café et une tasse de thé. Vous faites un choix tous les jours pendant une semaine, deux semaines, un mois, six mois, et à la fin vous arrivez à la conclusion qu'une tasse de café du matin est exactement ce dont vous avez besoin. Mais s'il arrive soudainement que votre cerveau fasse un choix sans aucun bruit, alors vous n'établirez tout simplement pas de lien entre les heures du matin et le café, le concept même de café du matin sera absent.

Bien sûr, la tentation est grande ici d'interpréter le bruit neuronal comme du « doute », ou comme « la nécessité d'envisager toutes les solutions possibles ». Cependant, de telles formulations appartiennent plutôt au domaine de la philosophie, que nous pouvons difficilement corréler avec des phénomènes neurophysiologiques spécifiques jusqu'à présent. Cependant, il se pourrait bien que de nouvelles données à l'avenir permettent la création de certaines méthodes matérielles qui améliorent les capacités cognitives - grâce à la gestion du bruit neuronal. Mais pour l'instant, il reste à voir d'où il vient réellement : si ce sont les départements sensoriels qui le génèrent, ou s'il est produit par d'autres zones du cerveau qui sont directement liées à la prise de décision, ou si à la fois sensoriel et cognitif départements sont concernés ici.