Episode 1
Les neurones biologiques
Quelques dates...
- En 1837, le premier neurologiste observe des cellules nerveuses : Jan Evangelista Purkinje. Il utilise l'un des premiers microscopes. Elles furent tout d'abord baptisées les cellules de Purkinje.
- Plus tard, Golgi et Cajal déterminent les limites de ces cellules.
- Elles sont baptisées neurones en 1891.
- Peu après, la théorie du neurone de Waldeyer et Cajal le décrit comme l'unité du système nerveux.
L'intelligence biologique réside dans un endroit précis du corps : le système nerveux, composé du cerveau et de la moëlle épinière. Ce système nerveux est composé de cellules nerveuses, appelées neurones.
I - Le neurone
Un neurone est une cellule nerveuse, que l'on retrouve dans le cerveau, la moelle épinière, ainsi
que dans tout le corps (muscles, nerfs optiques...). Comme bon nombre de cellules (pas celles de prison),
il possède une membrane plasmique, un cytoplasme, des organites, un noyau... Cependant, il se différencie de ces
cellules sur de nombreux points.
Du corps cellulaire, ou soma, s'étendent des prolongements : les dendrites, très nombreuses (jusqu'à plusieurs
milliers), et l'axone, unique mais ramifié à son extrémité. Les neurones sont connectés entre eux
par des synapses, zone de "contact" entre l'axone des neurones en amont et une dendrite du neurone
en aval.
Tous ces élements sont communs aux différents types de neurones. Il existe en effet des neurones
"spécialisés", ayant des fonctions particulières :
- Le neurone sensitif, qui reçoit les stimuli sensoriels,
- Le motoneurone, situé dans le centre nerveux et connecté au muscle,
- L'interneurone, faisant la liaison entre les deux.
Source de l'image : Wikipedia
Nous allons maintenant suivre le voyage d'un message nerveux du stimulus à la réaction du corps. Nous
prendrons comme exemple une brûlure à la main, à laquelle le corps réagira en retirant la main.
II -Voyage au centre du système nerveux
En premier lieu, prenez une bougie ainsi qu'une allumette (ou deux si vous avez peur de rater votre coup)
et allumez la mèche. Faites malencontreusement tomber la bougie allumée sur la main de votre belle-mère. Vous observerez
que celle-ci aura tendance à retirer sa main (sauf si vous avez de la chance). Analysons
ce réflexe plus en détail.
Tout d'abord, le contact avec la flamme (chaude soit dit en passant) stimule un récépteur sensoriel de
la main, qui produit alors un message nerveux, sous forme de signal bio-électrique. Celui-ci remonte le long du
neurone sensitif auquel le récepteur est connecté, qui à son tour l'envoie dans la moelle épinière, l'"autoroute" des messages nerveux. Sur
cette autoroute, des interneurones se relaient l'information jusqu'au centre nerveux central, plus connu sous le nom de
cerveau, composé de milliards de neurones.
Mais comment le message nerveux voyage-t-il ainsi de l'axone du neurone en amont à la dendrite du neurone en aval ? Cette zone,
composée de ces deux extrémités et de l'espace entre les deux est appelé synapse.
- Entracte : les synapses -
Un neurone peut compter plus de 100 000 synapses. Il en existe deux types différents :
- Les synapses électriques, qu'on trouve peu chez les mammifères
- Les synapses chimiques, majoritaires dans le corps humains. C'est à celles-ci que nous allons nous intéresser.
L'information arrive en premier lieu dans l'élément présynaptique, qu'on trouve à l'extrémité de l'axone du neurone en amont. Lors de l'arrivée de l'information, des neurotransmetteurs sont libérés des vésicules dans la fente synaptique, espace entre des deux neurones, mesurant environ 20 nanomètres. Ces neurotransmetteurs se positionnent sur des récepteurs, dits membranaires, situés sur la membrane de l'élément postsynaptique. Suivant la nature des neurotransmetteurs, les récepteurs renvoient ou non un signal : des neurotransmetteurs excitateurs le permettent, pas les neurotransmetteurs inhibiteurs. Le signal se propage ensuite le long de la dendrite pour atteindre le corps cellulaire du neurone suivant.
Une fois l'information traitée, le message continue sa progression dans l'axone du neurone jusqu'aux prochaines synapses.
Tout ceci ne dure que quelques microsecondes.
Voyage au centre du système nerveux, la suite
La réponse à l'information initiale quitte le cerveau pour aller rendre visite aux motoneurones, connectés aux muscles. Notre message
traverse donc ces motoneurones, qui ordonnent aux muscles de la main de la retirer du feu.
Votre belle-mère évite donc une brûlure au second degré (mais rassurez-vous, vous avez encore une chance,
les expériences ne sont pas terminées).
III - L'apprentissage
Maintenant, imaginez que vous recommenciez l'expérience de la bougie plusieurs fois sur votre belle-mère, en la prenant par
surprise (car elle commencera à se douter de quelque chose). Sa réaction, à savoir retirer sa
main de la flamme, sera de plus en plus rapide, car elle aura intégré le fait que "le feu, ça brûle". On appelle ceci
l'apprentissage.
Comment l'organisme "apprend"-il ? La réponse se situe au niveau des synapses. Lorsqu'un même stimulus déclenche un
influx nerveux de manière répétée, les mêmes neurones, et donc les mêmes synapses, vont être solicités
(il faut bien qu'ils bossent, ces fainéants). Le message nerveux passera de plus en plus rapidement à travers ces
synapses. Cette théorie a été mise au point par Donald Hebb, neuropsychologue canadien, en 1949. : il s'agit
du phénomène de potentialisation à long terme. Après une série de stimulations électriques, l'efficacité de
la synapse est décuplée. Lorsque l'activité du neurone est très élevée, la membrane postsynaptique se dépolarise fortement,
ce qui provoque une arrivée massive d'ions calcium dans le neurone postsynaptique. Ces ions calciums provoque à leur tour une
libération de messagers vers le neurone présynaptique : c'est ce qui fait que le neurone en amont se "souvient" du neurone en aval.
Nous venons donc de voir comment fonctionne le système nerveux humain (ah bon ?). Dans la partie
suivante, nous allons aborder l'intelligence artificielle proprement dite, et son unité de fonctionnement : le neurone formel.