Un neurone artificiel mille fois plus économe en énergie qu'un neurone biologique
Chef d'œuvre de l'évolution, le cerveau humain est une source d'inspiration pour les scientifiques. Des chercheurs de l'IEMN et de l'Ircica ont ainsi mis au point un
neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle...) artificiel ultra-efficace en
énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) et qui reproduit très précisément les signaux électriques générés dans le
cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite...). Ces travaux sont publiés dans la revue Frontiers in Neuroscience.
Dans notre cerveau, les neurones sont connectés entre eux et génèrent une réponse binaire aux informations qu'ils reçoivent des autres cellules nerveuses: soit ils émettent un signal électrique, appelé aussi potentiel d'action, soit ils restent silencieux. Ce système est à la base de tous nos processus cognitifs et
moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique,...). Des chercheurs de l'
Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) d'électronique, de microélectronique et de
nanotechnologie (Les nanosciences et nanotechnologies (NST) peuvent être définies a minima comme l'ensemble des...) (IEMN, CNRS/Université Lille I/ISEN Lille/Université Valenciennes Hainaut-Cambresis/École centrale de Lille) et de l'Institut de
recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) sur les composants logiciels et matériels pour l'information et la
communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) avancée (Ircica, CNRS/Université Lille 1) ont reproduit ces propriétés à l'aide de dispositifs électroniques nanométriques.
figure de gauche, photographie du circuit fabriqué. Figure de droite réponse du circuit (vert) à une excitation synaptique (jaune). Cette réponse est très similaire à celle d'un neurone biologique.
© A.Cappy/Ircica-IEMN
Mesurant quelques microns carrés, ces neurones artificiels sont disposés en grand nombre sur un
circuit intégré (Le circuit intégré (CI), aussi appelé puce électronique, est un composant électronique...) en
silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si...). Ils ne consomment que quelques dizaines de femtojoules (10-15 J) lors de la génération d'un potentiel d'action. Une performance énergétique environ 1000 fois supérieure à celle d'un neurone biologique, et qui dépasse de plusieurs ordres de grandeur celle de tous les autres neurones artificiels existants. Ces travaux ouvrent de nombreuses perspectives, comme la création de réseaux ultra-faible énergie pour l'
intelligence artificielle (L'intelligence artificielle ou informatique cognitive est la « recherche de moyens...). Ils pourraient également servir à développer les interactions entre neurones artificiels et neurones vivants, par exemple pour traiter des maladies comme celle de Parkinson ou réparer des altérations de la
moelle épinière (La moelle épinière, ou moelle spinale, désigne la partie du système nerveux...). Cette étude remet au passage en cause l'idée que les neurones naturels sont parfaitement optimisés sur le plan énergétique.
Références publication:
A 4-fJ/Spike Artificial Neuron in 65 nm CMOS Technology
Ilias Sourikopoulos, Sara Hedayat, Christophe Loyez, François Danneville, Virginie Hoel, Eric Mercier and Alain Cappy
Front. Neurosci., 15 March 2017
https://doi.org/10.3389/fnins.2017.00123
Contact chercheur:
Alain Cappy - IEMN et Ircica