Bien que les capacités cognitives des humains soient très différentes, un mécanisme d’apprentissage du cerveau amène ces chercheurs de l’Université Bar-Ilan (Israël) à constater un même spectre de liens (ou liaisons) forts et faibles dans tous les cerveaux. Des travaux présentés dans les Scientific Reports qui décrivent le processus universel « d’apprentissage dendritique » observé dans tous les cerveaux, lorsque nous réfléchissons à un même problème, à plusieurs reprises : les réseaux neuronaux apprennent des réseaux antérieurs, en adaptant leur force plutôt qu’en créant de nouvelles connexions (ou liens adaptatifs).
Le cerveau est un réseau complexe contenant plusieurs milliards de neurones, rappellent les chercheurs dans leur communiqué. Chaque neurone est connecté à des milliers d'autres via des liens (synapses) qui peuvent être forts ou faibles. Un lien fort indique une influence significative entre les neurones connectés, contrairement à un lien faible, c’est-à-dire jusqu’à des dizaines de milliers de fois plus faible qu'un lien fort. La structure du cerveau ressemble ainsi à une carte routière composée de nombreuses rues étroites (liens faibles), de routes (liens forts), ou d’autoroutes comportant des milliers de voies (liens très forts). « Le mécanisme via ces liens est comparé à une piscine remplie par un tuyau large ou étroit. Le tuyau large (ou lien fort) remplit la piscine plus rapidement », explique l'équipe de recherche.
Comprendre l'origine et la signification fonctionnelle ce ce très large spectre de forces de liaison, commun à tous les cerveaux est l’objectif de cette équipe de physiciens, dirigés par le professeur Ido Kanter, du centre de recherche sur le cerveau de l’université Bar-Ilan. L’équipe montre que l’apprentissage est conduit par plusieurs terminaisons neuronales ou dendrites et non pas par les synapses du cerveau. Les chercheurs appellent leur découverte « l’apprentissage dendritique » – en opposition à l’apprentissage synaptique- et montrent que l'apprentissage dendritique se produit beaucoup plus rapidement et à proximité des neurones. Grâce à des études informatiques avancées, les chercheurs arrivent à la conclusion que l’apprentissage dendritique est un phénomène universel et que tous les cerveaux présentent ce même spectre de forces de liaison.
Une activité cérébrale dynamique grâce à ce spectre de forces de liaison : « L’apprentissage dendritique a pour effet d’aboutir à ce large spectre de forces », explique le professeur Kanter. Il décrit un mécanisme sous-jacent, une réponse rapide d'un neurone à une entrée « forte » vs une réponse lente à une entrée « faible ». D’où l’illustration du mécanisme avec l’image de la piscine. Mais le cerveau n'est pas statique mais dynamique et chaque lien va varier de manière significative au cours de l'activité cérébrale : Ainsi, les réseaux neuronaux peuvent apprendre aussi des réseaux antérieurs, en utilisant des forces adaptatives plutôt que des liens adaptatifs. Dans ce contexte dynamique, le rapport entre liens forts et faibles reste toujours le même, mais chaque lien peut changer de force avec l’évolution de l’activité cérébrale. C’est cette activité cérébrale dynamique qui nous permet de trouver différentes solutions lorsque nous réfléchissons à un problème, à plusieurs reprises.
Bref, on l’aura compris -ou pas- l'apprentissage dendritique, devrait permettre le développement de nouveaux algorithmes avancés d'apprentissage et d’applications basées sur l'intelligence artificielle.
Source: Scientific Reports 30 August 2018 Stationary log-normal distribution of weights stems from spontaneous ordering in adaptive node networks
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