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Posté par Isabelle le Jeudi 14/09/2017 à 12:00
Les secrets architecturaux du cerveau
Des informations sur la complexité du cerveau révélées grâce à de nouvelles applications mathématiques.

L'absence de lien formel entre la structure du réseau neural et sa fonction émergente nous empêche de bien comprendre comment 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,...) traite les informations. Des progrès ont été réalisés dans la découverte d'un cadre mathématique (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les figures, les structures et les...) visant à décrire le comportement émergent du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit...) au niveau de sa structure sous-jacente.

Une nouvelle approche à la neuroscience fondée sur les mathématiques permet de révéler un univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) de structures et espaces géométriques pluridimensionnels au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un...) des réseaux cérébraux. Le soutien de l'UE a permis aux chercheurs de mieux décrire ce lien en prenant en compte la direction de la transmission synaptique, créant des graphiques qui reflètent la direction du flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens...) d'informations d'un réseau. L'équipe a ensuite analysé ces graphiques dirigés en recourant à la topologie algébrique (La topologie algébrique, anciennement appelée topologie combinatoire, est une branche des mathématiques appliquant les outils de l'algèbre dans l'étude des espaces topologiques. Plus...).

Le besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins secondaires et...) de comprendre les structures géométriques est omniprésent dans la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens...) et est devenu un aspect essentiel de l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de...) scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) et de l'analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces...). La topologie (La topologie est une branche des mathématiques concernant l'étude des déformations spatiales par des transformations continues (sans arrachages ni recollement des structures).) algébrique offre l'avantage unique de fournir des méthodes capables de décrire, de façon quantitative, les propriétés locales et les propriétés globales du réseau qui émergent de la structure locale.

Comme l'expliquent les chercheurs travaillant sur le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) Blue Brain dans un document (Dans son acception courante un document est généralement défini comme le support physique d'une information.), intitulé "Cliques of Neurons Bound into Cavities Provide a Missing Link between Structure and Function", si la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative,...) graphique a été utilisée pour analyser la topologie du réseau avec un certain succès, les méthodes actuelles sont habituellement limitées à la détermination de la façon dont la connectivité locale influence l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) locale ou la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) globale du réseau.

Leurs travaux révèlent des structures du cerveau qui possèdent jusqu'à onze dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une...), explorant les secrets architecturaux les plus profonds du cerveau. "Nous avons découvert un monde (Le mot monde peut désigner :) que nous n'avions jamais imaginé", affirme le neuroscientifique Henry Markram, directeur du projet Blue Brain. "Il existe des dizaines de millions de ces objets même dans une partie infime du cerveau, sur jusqu'à sept dimensions. Dans certains réseaux, nous avons découvert des structures possédant jusqu'à onze dimensions.

Face à la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en...) croissante, la topologie algébrique entre en jeu. Cette branche des mathématiques peut en effet décrire les systèmes, quel que soit leur nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de dimensions. Les chercheurs décrivent la topologie algébrique comme étant à la fois un microscope et un télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi...), capable de zoomer sur les réseaux pour découvrir des structures cachées et voir les espaces vides. Ils ont ainsi découvert ce qu'ils décrivent dans leur document comme un nombre remarquablement élevé et extrêmement varié de cliques et de cavités dirigées hautement dimensionnelles. Nous n'en avions pas observées jusqu'à présent dans les réseaux neuraux, biologiques ou artificiels, et elles ont été identifiées en nombres bien plus élevés que dans différents modèles nuls de réseaux dirigés.

L'étude apporte également de nouvelles informations sur la façon dont l'activité corrélée apparaît dans le réseau et comment le réseau répond aux stimuli. Un financement partiel (Le mot partiel peut être employé comme :) a été fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un archipel de petites îles...) par le projet GUDHI (Algorithmic Foundations of Geometry Understanding in Higher Dimensions), par le biais d'une bourse de l'UE pour chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...) avancé.

Pour plus d'informations voir: page web (Une page Web est une ressource du World Wide Web conçue pour être consultée par des visiteurs à l'aide d'un navigateur Web. Elle a une...) du projet sur CORDIS

Référence publication:
- Cliques of Neurons Bound into Cavities Provide a Missing Link between Structure and Function

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Source: CORDIS-Europa