Pour le première fois, un neurone biologique cultivé en Italie a communiqué avec un neurone artificiel fabriqué en Suisse à travers des signaux Internet centralisés par une synapse électronique située en Angleterre.
Le cerveau est un véritable ordinateur biologique. Pourrait-on aussi dire que les ordinateurs sont des cerveaux artificiels ? Les réseaux cérébraux et informatiques fonctionnent grâce aux courants électriques qui en parcourent les circuits et assurent la communication entre les vecteurs électriques qui les composent. Cellules organiques ou en silicone, les neurones partagent les mêmes propriétés électriques, et celles-ci leur permettent désormais de communiquer entre eux. Cette rencontre électrique entre le biologique et l'artificiel est une première nano technologique et a été reportée dans la revue Nature Scientific Reports.
Des neurones biologiques et artificiels communiquent via Internet
A l'Université de Padoue, en Italie, des chercheurs cultivent des neurones biologiques en laboratoire, qu'ils obtiennent grâce à des embryons de rats. Ils extraient ces cellules nerveuses de leur hippocampe, la région du cerveau responsable de l'apprentissage et de la mémoire. A Zurich, en Suisse, des chercheurs s'attèlent, eux, à la conception de neurones artificiels. Ils parviennent à créer des structures en silicone qui imitent la plasticité à long et court termes de neurones cérébraux, qu'ils assemblent en une puce dite "neuromorphe".
Les neurones artificiels et biologiques partagent ainsi des propriétés électriques identiques à celles qui permettent aux circuits cérébraux de communiquer en échangeant des potentiels d'action (PA). Les PA ne sont rien de plus que des courants qui se propagent depuis le corps cellulaire, la "tête", d'un neurone jusqu'à l'extrémité de son axone, sa "queue", d'où la pulsion électrique est transmise au neurone suivant. Le PA doit pour cela traverser une synapse, une structure qui joint deux neurones sans établir de contact physique entre eux. Ce n'est cependant pas à proprement parler le PA qui traverse la synapse. En effet, il ne fait qu'annoncer à des molécules, les neurotransmetteurs, qu'elles peuvent, elles, quitter le neurone présynaptique, traverser la fente synaptique et aller avertir le neurone post-synaptique qu'il peut à son tour initier un courant électrique. La largeur de la fente varie entre 2 et 40 nanomètres.
C'est donc une synapse qui pourra permettre d'établir la communication entre les neurones de rat de Padoue et les neurones en silicone de Zurich. Sauf qu'ils sont séparés par plus de 300 kilomètres. Des scientifiques anglais ont ainsi entrepris d'intégrer au réseau hybride de neurones un dispositif de synapses nanoélectroniques appelée un memristor visant à imiter le rôle de la synapse sur une longue distance, qu'ils ont développé dans le laboratoire de l'Université de Southampton... à 800 kilomètres de la Suisse et plus de 1.000 kilomètres de l'Italie. Pour remédier au problème de la distance, le memristor établit la communication au sein du réseau de neurones en utilisant l'Internet.
Un véritable réseau de neurones hybride et virtuel
"L'un des plus grands défis dans la conduite de ce type de recherche a été d'intégrer à un même réseau des technologies de pointe et des compétences spécialisées distinctes que l'on ne trouve généralement pas sous un même toit. En créant un laboratoire virtuel, nous avons pu y parvenir", s’enthousiasme dans un communiqué Themis Prodromakis, professeur de nanotechnologie à l'Université de Southampton. Pour mettre en relation virtuelle les neurones de rat et de silicone, les scientifiques ont créé deux synapteurs différents au sein du memristor : ABsyn permet la communication Internet unidirectionnelle du neurone biologique vers le neurone artificiel, et BAsyn permet de pouvoir effectuer la transmission, unidirectionnelle également, du signal Internet dans l’autre sens. Chaque neurone était équipé d’électrodes qui recevaient le courant électrique, puis l’envoyaient virtuellement au memristor. Le dispositif transmettait ensuite le signal à l’autre neurone qui initiait sont potentiel d’action. Exactement comme une synapse ! L’équivalent virtuel d’un potentiel d’action pouvait donc passer du neurone en silicone suisse au neurone biologique italien, et vice-versa, à travers l’interface contrôlée par un ordinateur anglais.
