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1.3.1 Simulations neuro-réalistes

Le champ de recherche s'organise autour de plusieurs pôles:

Le premier pôle concerne les simulations neuro-réalistes.

Le but est de mieux comprendre

  • le fonctionnement du neurone,
  • et des interactions entre neurones.

Ces modèles étudient en détail

  • (i) la structure de la cellule neuronale,
  • (ii) les échanges entre la cellule et son milieu, via
    • les synapses
    • et l'émission de potentiels d'action,
  • (iii) la plasticité et les changements de ces échanges au cours du temps.

Les principales avancées dans ce cadre sont~:

le modèle Hodgkin et Huxley (Hodgkin & Huxley, 1952) et les modèles à compartiments (Rall, 1959), qui servent encore à l'heure actuelle :

Binzegger (2004)

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1.3.2 Dynamiques de populations de neurones

Le second pôle concerne l'étude des dynamiques de populations de neurones:

  • Les neurones sont dans ce cadre des unités de traitement simplifiées :
    • neurones à spikes,
    • neurones stochastiques,
    • neurones fréquentiels,
  • Le but est :
    • de comprendre les interactions entre de grands groupes de neurones,
    • et d'étudier les conditions d'émergence de certaines signatures d'activité :
      • corrélations large échelle,
      • couplages de phase,
      • champs récepteurs,
    • observés en électrophysiologie chez le sujet sain et dans les pathologies nerveuses.
Les neurones travaillent :
Les populations de neurones peuvent conserver une activité soutenue en l'absence de stimulation par des mécanismes de réverbération internes :

1.3.3 Modèles conceptuels

Enfin, le troisième pôle concerne les modèles conceptuels, principes de traitement de l'information, qui expliquent :

  • la réception et la transmission de l'information nerveuse,
  • les codes neuronaux,
  • les mécanismes
    • de la mémoire
    • et de l'apprentissage;

Les principales avancées dans ce cadre sont~:

Les modèles du système visuel,
  • inspirés des observations de Hubel et Wiesel HUBELWIESEL62,
  • mettent en évidence :
Les principaux sous-systèmes du système nerveux central ont fait l'objet de modélisations spécifiques, comme
Le principe du codage par population, inspiré
  • par l'activité des régions prémotrices et motrices du cortex [Georgopoulos1986]
  • et les champs récepteurs à l'orientation de V1 [Bonhoeffer1991],
  • permet d'interpréter l'activité irrégulière des populations de neurones comme un échantillonnage de grandeurs continues "latentes" :
De nombreuses librairies et environnements de simulation ont par ailleurs été développés, de la cellule jusqu'aux populations de neurones à large échelle

1.3.4 Inférence statistique

Enfin, le domaine connaît actuellement une forte tentative d'unification autour de principes issus de l'inférence statistique.

  • Le cerveau construirait une interprétation de son environnement perceptif à l'aide d'un petit nombre de variables explicatives, ou "émetteurs".
  • Le calcul probabiliste sur les distributions multimodales complexes issues des capteurs
    • serait réalisé par échantillonnage Buesing2011,
    • via des mécanismes d'optimisation fondés
      • sur la parcimonie (minimiser les causes)
      • et la vraisemblance (maximiser la justesse
Même si ces principes apparaissent séduisants,
  • avec des connexions intéressantes vers les algorithmes d'auto-encodage développés en apprentissage automatique Hinton2006,
  • leur réalisation matérielle dans le substrat neuronal reste à découvrir.
  • Il manque également, même si des tentatives sont en cours*
  • de nombreuses "briques" pour construire un modèle général de l'apprentissage des flux sensoriels et des transformations sensori-motrices, comme nous le verrons plus loin.
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  • Dernière modification : 2022/03/18 12:38
  • de edauce