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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, dont la motricité volontaire, et...) traite les informations. Des progrès ont été réalisés dans la découverte d'un cadre mathématique visant à décrire le comportement émergent du réseau 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...) 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 commun....) d'informations d'un réseau. L'équipe a ensuite analysé ces graphiques dirigés en recourant à la topologie (La topologie est une branche des mathématiques concernant l'étude des déformations spatiales par des transformations continues (sans...) algébrique.

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 les...) 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 l'information par des machines telles...) 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...) et de l'analyse des données. La topologie 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 l’intégration d’une grande diversité de...) 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 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 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...), 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 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, 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...) 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 chercheur tant les domaines 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 adresse Web....) 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