Les scientifiques remplacent le silicium par des neurones humains et parviennent à un calcul très efficace en termes de résultats et de consommation d'énergie : moins de 20 watts pour effectuer des milliards d'opérations par seconde, comparé aux mégawatts requis par l'intelligence artificielle conventionnelle. Une technologie qui, si elle tient ses promesses, pourrait concurrencer les supercalculateurs et les futurs ordinateurs quantiques.
À Vevey, en Suisse, une équipe de chercheurs utilise des cellules vivantes du cerveau humain comme processeurs pour des tâches informatiques. Ils forment de petits réseaux neuronaux, développés et entretenus en laboratoire, capables de recevoir des signaux électriques, « d’apprendre » des modèles et d’envoyer des réponses interprétables depuis des plateformes distantes, révèle la revue Nature.
Ces réseaux, appelés organoïdes cérébraux, sont générés à partir de cellules souches humaines reprogrammées. Les scientifiques les « nourrissent » avec des nutriments et les connectent à des réseaux d’électrodes. C’est ainsi qu’ils peuvent envoyer des impulsions électriques qui simulent des informations et mesurer la réaction des tissus, en enregistrant les impulsions, les rythmes et la synchronisation en temps réel.
L’interaction est numérique, mais ce qui se passe à l’intérieur de ces « biopuces » a peu à voir avec l’électronique et beaucoup à voir avec la biologie : les changements dans le flux ionique et l’activation neuronale rappellent les mécanismes cérébraux qui organisent l’apprentissage et la mémoire, comme l’explique un autre article publié dans Frontiers.
Faits clés sur les premiers ordinateurs dotés de cellules cérébrales humaines
- Principale découverte : Développement de bioordinateurs basés sur des réseaux de cellules cérébrales humaines capables de traiter l'information et d'apprendre grâce à des expériences contrôlées.
- Méthodologie : Culture d'organoïdes cérébraux à partir de cellules souches humaines, connectés à des électrodes et stimulés par des schémas électriques ; mesure des réponses grâce à l’intelligence artificielle.
- Résultat exceptionnel : des organoïdes capables de reconnaître les lettres braille avec une précision allant jusqu'à 83 % lorsque plusieurs réseaux sont combinés, démontrant la viabilité du traitement et de la classification des informations.
- Implication technologique : Le cerveau humain consomme moins de 20 watts et effectue des milliards d'opérations par seconde, alors que les superordinateurs nécessitent des mégawatts ; La bioinformatique pourrait révolutionner l’efficacité énergétique de l’intelligence artificielle.
- Applications potentielles : Robotique, médecine personnalisée, intelligence artificielle adaptative et bioinformatique ; une éventuelle concurrence future avec les superordinateurs et les systèmes quantiques.
- Défi éthique : L’utilisation de cellules humaines nécessite des protocoles rigoureux de consentement, de transparence et de justice, rappelant des précédents historiques comme le cas d’Henrietta Lacks.
- Prochaine étape : progresser dans la création de biopuces dotées d'une capacité d'apprentissage dynamique, d'une plus grande plasticité et d'une plus grande mémoire, et définir un cadre réglementaire spécifique pour réguler la technologie.
Mieux, le cerveau
Il faut tenir compte du fait que le cerveau humain, avec une consommation inférieure à 20 watts – semblable à celle d’une petite ampoule – effectue des milliards d’opérations par seconde, ce qui équivaut à la puissance de calcul des superordinateurs les plus avancés. Cependant, les géants du numérique, comme Frontier ou Tianhe-2, nécessitent jusqu'à 22 millions de watts pour atteindre un niveau de traitement comparable, et les systèmes d'intelligence artificielle actuels peuvent consommer même plus de 9 mégawatts par modèle avancé : ils nécessitent des installations industrielles et génèrent des dizaines de tonnes de CO2, tandis que le cerveau humain résout des tâches complexes avec une empreinte énergétique minimale.
Cela fonctionne en pratique
L'une des expériences rapportées par Nature consiste à apprendre à des organoïdes dotés d'environ 10 000 neurones à reconnaître les lettres braille à l'aide de modèles d'impulsions électriques, en utilisant un apprentissage supervisé (un modèle de apprentissage automatique où le système apprend avec des exemples dont la réponse est déjà connue) et d'autres techniques d'intelligence artificielle pour décoder les réponses. Le résultat : chaque organoïde a identifié correctement les lettres dans 61 % des cas et, en combinant trois, un taux de précision de 83 % a été atteint. Ce sont des chiffres modestes, mais significatifs : ils démontrent que les cellules humaines peuvent traiter et classer des informations dans des systèmes artificiels, ouvrant la voie vers des applications cognitives inédites, selon les auteurs de ces travaux.
La recherche va au-delà de la reconnaissance de formes. Des entreprises comme Cortical Labs ont réussi à entraîner des neurones en laboratoire à jouer à de vieux jeux vidéo comme Pong, grâce à une stratégie de rétroaction : les succès reçoivent des stimuli organisés, les erreurs reçoivent un bruit chaotique. Au fil du temps, les cellules « préfèrent » les réponses qui génèrent de l’ordre. La clé est que ces systèmes apprennent et adaptent leur comportement aux stimuli, un peu comme le ferait un animal.
aller plus loin
La communauté scientifique explore la possibilité d'induire des comportements plus complexes grâce à l'administration de neuromodulateurs tels que la dopamine, qui renforcent des schémas et des animaux spécifiques, alors que les scientifiques recherchent la manière optimale de stimuler la plasticité et la mémoire neuronales. L’objectif : que ces biopuces non seulement reconnaissent les stimuli mais développent également des capacités dynamiques et adaptatives. C'est ce qu'on appelle l'Intelligence Organoïde.
Aujourd’hui, les organoïdes cérébraux ne remplacent pas les ordinateurs conventionnels, mais ils représentent le début d’une convergence entre les neurosciences, la biologie synthétique et l’informatique, avec des applications potentielles en intelligence artificielle, robotique, médecine personnalisée et bioinformatique qui pourraient même rivaliser avec les superordinateurs et l’informatique quantique.
Règlements en attente
Mais la Nature met également en garde : même si les organoïdes ne sont pas des cerveaux conscients et ne peuvent pas souffrir, l’origine des cellules et la possibilité de créer des systèmes complexes exigent une régulation précise et transparente.
Les discussions sur la propriété intellectuelle, la rémunération des donateurs et l’utilisation commerciale rappellent d’anciens dilemmes comme le célèbre cas d’Henrietta Lacks, dont l’histoire témoigne de l’importance de l’innovation biomédicale, aussi perturbatrice soit-elle, toujours basée sur le respect éthique.
