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Posté par Redbran le Lundi 17/04/2017 à 00:00
Un neurone artificiel ultra-efficace en énergie
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 (Graphie) un neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle de base du système nerveux. Le terme de « neurone » fut introduit dans le vocabulaire médical...) artificiel ultra-efficace en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) 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 les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la...). 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 ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les hommes pour communiquer...) 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, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]). Des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (Les nanosciences et nanotechnologies (NST) peuvent être définies a minima comme l'ensemble des études et des procédés de fabrication et de manipulation de structures, de dispositifs et de systèmes matériels à l'échelle du...) (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 de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) sur les composants logiciels et matériels pour l'information et la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces)...) 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 (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) sur un circuit intégré (Le circuit intégré (CI), aussi appelé puce électronique, est un composant électronique reproduisant une ou plusieurs fonctions électroniques plus ou moins complexes, intégrant souvent plusieurs...) en silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.). 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 susceptibles de doter les systèmes informatiques de capacités intellectuelles comparables...). 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 central prolongeant en dessous la medulla oblongata, ou bulbe rachidien, du tronc cérébral, et contenue dans le...). 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

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Source: CNRS-INSIS