L’IA fonctionne généralement sur des puces informatiques. Dans ce cas, elle fonctionne sur des cellules cérébrales vivantes.
Des chercheurs japonais ont entraîné des neurones de rat à effectuer des tâches d’apprentissage automatique en temps réel, faisant entrer l’informatique dans le domaine biologique. Le système utilise des neurones cultivés connectés à du matériel pour générer des signaux complexes sans modèles logiciels traditionnels.
Une étude récente publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences démontre que les réseaux neuronaux biologiques peuvent servir de systèmes informatiques adaptatifs et pourraient à terme compléter les approches informatiques traditionnelles.
Des neurones vivants effectuent des calculs en temps réel
Des chercheurs de l’université de Tohoku et de Future University Hakodate ont entraîné des neurones corticaux de rat cultivés à générer des signaux structurés à l’aide d’un cadre d’apprentissage automatique appelé informatique par réservoir.
Selon Tom’s Hardware, le système a enregistré l’activité neuronale à l’aide d’un réseau de 26 400 électrodes et l’a convertie en sorties continues, qui étaient ensuite renvoyées aux neurones sous forme de stimulation électrique. Ce processus en boucle fermée est actualisé environ toutes les 333 millisecondes.
« Ce travail montre que les réseaux neuronaux vivants ne sont pas seulement des systèmes biologiquement signifiants, mais qu’ils peuvent aussi servir de nouvelles ressources informatiques », a déclaré Hideaki Yamamoto, professeur à l’université de Tohoku.
À l’aide d’une méthode appelée apprentissage FORCE, le système ajustait continuellement ses sorties pour les faire correspondre aux signaux cibles. Les chercheurs ont défini un motif cible, puis le système a affiné son activité en temps réel afin de réduire les erreurs. Au fil du temps, les neurones ont appris à produire de manière fiable des signaux réguliers comme complexes, montrant que les réseaux biologiques peuvent être entraînés de façon similaire aux réseaux neuronaux artificiels.
La microfluidique active des réseaux biologiques exploitables
L’un des principaux défis de l’informatique biologique tient au fait que les neurones ont tendance à se synchroniser, ce qui limite leur capacité à traiter des informations complexes. Les scientifiques ont répondu à ce problème en utilisant des dispositifs microfluidiques pour orienter la croissance et les connexions des neurones.
Asia Research News a indiqué qu’en structurant les neurones en réseaux modulaires, l’équipe a réduit les décharges redondantes et favorisé une activité plus riche et de grande dimension, nécessaire aux calculs. La publication a souligné que cette approche permettait aux réseaux biologiques de générer des signaux complexes de séries temporelles comparables à ceux des systèmes artificiels.
Neuroscience News a également rapporté que la prévention des décharges synchronisées était essentielle pour permettre des calculs avancés dans le système.
Deux architectures de réseau ont été testées. Dans l’une, les neurones étaient disposés en grille avec de nombreuses connexions régulières. Dans l’autre, les connexions étaient plus dispersées et irrégulières. L’architecture en grille s’est révélée plus performante, probablement parce que les neurones interagissaient plus souvent et produisaient des signaux plus puissants.
L’informatique biologique se rapproche de la réalité
Le système a généré toute une gamme de signaux, allant d’ondes lisses et répétitives à des motifs plus complexes et chaotiques. Tom’s Hardware a souligné qu’un exemple était l’attracteur de Lorenz, souvent utilisé pour modéliser des systèmes imprévisibles comme la météo.
Le même groupe de neurones pouvait également être réentraîné pour produire des signaux différents, démontrant une flexibilité similaire à celle des systèmes d’IA traditionnels.
Les chercheurs ont déclaré que la plateforme pourrait être utilisée au-delà de l’informatique, notamment pour étudier l’activité cérébrale, tester des médicaments ou modéliser des troubles neurologiques. Neuroscience News a souligné que cette avancée laisse penser que les systèmes biologiques pourraient favoriser une informatique plus économe en énergie ou de nouvelles formes d’interaction cerveau-machine.
Parallèlement, la technologie en est encore à ses débuts. Des questions subsistent quant à sa fiabilité, son évolutivité et sa gouvernance à mesure que l’informatique commence à intégrer des cellules vivantes.
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