Une avancée majeure vers des ordinateurs biohybrides: des mini-cerveaux de laboratoire sont parvenus à “lire” le braille avec une précision de 83%
Des chercheurs de l'université de Bristol ont démontré que des organoïdes peuvent recevoir et transmettre des signaux de manière fiable à l'aide d'expériences avec l'alphabet braille. Une étape essentielle dans le développement de l'informatique biohybride.
Des chercheurs de l'université de Bristol ont démontré que des organoïdes peuvent recevoir et transmettre des signaux de manière fiable à l'aide d'expériences avec l'alphabet braille. Une étape essentielle dans le développement de l'informatique biohybride.
L'ordinateur fera-t-il un jour aussi bien que le cerveau humain? Des chercheurs veulent y croire avec l'aide de l'informatique biohybride. Celle-ci consiste à associer des composants biologiques vivants à des puces en silicium. Ce domaine intéresse de nombreux scientifiques en raison des multiples avantages que de tels ordinateurs présentent par rapport aux appareils actuels.
Ces machines biohybrides seraient non seulement capables d'imiter les performances du cerveau humain, mais elles permettraient aussi de faire d'importantes économies d'énergie par rapport aux processeurs traditionnels. C'est dans le cadre du développement de l'informatique de demain qu'une équipe de scientifiques de l'université de Bristol (Royaume-Uni) a démontré que des organoïdes pouvaient recevoir et transmettre des signaux de manière fiable. Une étape essentielle pour parvenir à concevoir ces ordinateurs.
Les organoïdes sont de petites structures biologiques et tridimensionnelles qui imitent certaines fonctions d'un organe. Dans le cas présent, le cerveau. Les chercheurs ont ainsi mené une étude, publiée dans la revue Frontiers in Artificial Intelligence, avec des lettres en braille.
De meilleurs résultats avec des collaborations
De moins d'un millimètre de diamètre, les organoïdes utilisés par les scientifiques comprenaient environ 10.000 neurones et des cellules de soutien, mais étaient dépourvus de plusieurs structures présentes dans le cerveau humain. Ils ont été placés sur des matrices multiélectrodes, dispositifs leur permettant de recevoir des signaux électriques, et contenus dans un système conçu pour assurer leur survie et surveiller leurs réponses.
L'expérience a commencé avec un capteur tactile, afin de collecter des données sur les lettres de l'alphabet braille. Les données ont ensuite été converties en signaux de stimulation électrique, puis présentées aux organoïdes. Objectif: déterminer s'ils étaient capables de "lire" le signal associé à chaque lettre et d'en émettre un en réponse à l'information reçue. Cela, à partir d'une machine à vecteurs de support, soit un algorithme d'apprentissage automatique qui classifie des données.
Ils ont alors découvert qu'un organoïde isolé en générait systématiquement un pouvant être décodé avec précision dans environ 61% des cas. Mais ils ont obtenu un meilleur résultat avec trois de ces structures qui travaillaient ensemble. Elles produisaient un signal reconnaissable dans environ 83% des cas.
Bien qu'ils ignorent encore la cause exacte de ces résultats, les chercheurs émettent néanmoins une hypothèse. "Différents organoïdes peuvent présenter des connexions neuronales, des stades de développement et une activité en cours légèrement différents, une même stimulation peut ainsi produire des réponses similaires, mais non identiques", a expliqué Tianyi Liu, doctorante à l'université de Bristol et première autrice de l'étude.
"La combinaison de ces réponses peut nous fournir des informations complémentaires que nous n'obtiendrions pas d'un seul organoïde", a-t-elle ajouté.
Prouver une chose, mais pas deux
Les chercheurs ne se sont pas arrêtés là dans leur expérience. Après ces premiers résultats, ils ont appliqué des filtres de bruit aux signaux des lettres en braille. Ils ont ensuite comparé leur décodage direct par la machine à vecteurs de support avec celui à partir des réponses des organoïdes. Résultat: l'algorithme a eu plus de mal à identifier les signaux avec le bruit artificiel que les structures biologiques.
Les scientifiques insistent néanmoins sur un point concernant leurs expériences. Elles prouvent que les organoïdes peuvent recevoir des signaux en braille et y répondre, mais elles ne démontrent en aucun cas qu'ils sont capables d'apprendre au fil du temps.
"Nous avons démontré que l'information tactile pouvait être encodée, traitée par les organoïdes et décodée, mais nous n'avons pas mis en évidence d'apprentissage ni de modifications à long terme de ces derniers", a déclaré Tianyi Liu.
L'équipe prévoit d'explorer des stimulations plus complexes (textures ou différents types de toucher) et d'évaluer le système en boucle fermée, où l'organoïde reçoit un retour direct sur ses actions. "Cela nous permettrait de commencer à nous demander si l'organoïde peut réellement s'adapter grâce à l'expérience", a conclu la doctorante. La boucle serait alors bouclée.
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