La connectivité cérébrale, une clé pour optimiser l’intelligence artificielle

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Publié: 9aoû2021

Modélisés sur le fonctionnement cérébral humain, les réseaux de neurones artificiels réalisent des tâches cognitives

Une nouvelle étude montre que les réseaux d’intelligence artificielle basés sur la connectivité du cerveau humain sont en mesure d’accomplir efficacement des fonctions cognitives.

En examinant les données d’IRM d’un vaste référentiel de la science ouverte, les chercheurs ont reconstitué un modèle de connectivité cérébrale pour l’appliquer à un réseau neuronal artificiel (RNA). Ce réseau est un système informatique dont le fonctionnement, calqué sur celui du cerveau humain, comporte de multiples entrées et sorties. Une équipe de chercheurs du Neuro – (Institut-hôpital neurologique de Montréal) et de l’Institut québécois d’intelligence artificielle – a entraîné le réseau neuronal artificiel pour effectuer une tâche de mémoire, tout en observant sa façon de procéder pour mener à bien cette opération.

Il s’agit d’une approche unique pour deux raisons. Les études antérieures portant sur l’ensemble des connexions neuronales, également connues sous le nom de connectomique, s’attachaient à décrire l’organisation du cerveau, sans s’intéresser à la manière dont il effectue réellement ses calculs ou dont il fonctionne. Qui plus est, les RNA classiques ont des structures arbitraires qui ne correspondent pas à la structuration des réseaux cérébraux biologiques. En intégrant la connectomique du cerveau dans la construction des architectures d’un RNA, les chercheurs espéraient à la fois savoir comment les connexions cérébrales soutiennent des compétences cognitives spécifiques et comment en déduire de nouveaux principes pour la conception des réseaux artificiels.

Ils ont ainsi découvert que les RNA, dotés de la connectivité du cerveau humain et connus sous le nom de réseaux neuronaux neuromorphiques, effectuaient des tâches de mémoire avec une souplesse et une efficacité supérieures à celles d’autres architectures de référence. Ils ont alors repris la même architecture sous-jacente pour structurer une panoplie de capacités d’apprentissage dans de multiples contextes.

« Ce projet unifie deux disciplines scientifiques dynamiques et en plein essor », explique Bratislav Misic, chercheur au Neuro et auteur principal de l’article. « Les neurosciences et l’intelligence artificielle partent d’un tronc commun, mais elles ont récemment divergé. L’utilisation de réseaux artificiels nous permettra de savoir comment la structure du cerveau soutient son fonctionnement. Par ailleurs, l’utilisation de données empiriques pour créer des réseaux neuronaux révélera des principes de conception afin d’optimiser l’intelligence artificielle. Et ces deux disciplines se renforceront mutuellement pour enrichir notre connaissance du cerveau. »
 

Cette étude, publiée dans la revue Nature Machine Intelligence le 9 août 2021, a été financée grâce au premier Fonds d’excellence en recherche Apogée Canada, attribué à l’Université McGill pour l’initiative « Un cerveau sain pour une vie saine », au Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, au Fonds de recherche du Québec – Santé, à l’Institut canadien de recherches avancées, aux Chaires de recherche du Canada, au Fonds de recherche du Québec – Nature et Technologies, et au Centre UNIQUE (Union Neurosciences et Intelligence Artificielle Québec).

Le Neuro

L’Institut-hôpital neurologique de Montréal – Le Neuro – est une destination de renommée mondiale en recherche sur le cerveau et en soins neurologiques de pointe. Depuis sa fondation en 1934 par le célèbre neurochirurgien Dr Wilder Penfield, Le Neuro est devenu le plus grand centre clinique et de recherche spécialisé en neurosciences au Canada, et l’un des plus grands au monde. L’intégration harmonieuse de la recherche, des soins aux patients et de la formation des plus grands spécialistes du monde contribue à faire du Neuro un centre d’excellence unique pour l’avancement des connaissances sur les troubles du système nerveux et leur traitement. En 2016, Le Neuro est devenu le premier institut au monde à adopter pleinement la philosophie de la science ouverte, en créant l’Institut de science ouverte Tanenbaum. L’Institut neurologique de Montréal est un institut de recherche et d’enseignement de l’Université McGill. L’Hôpital neurologique de Montréal s’inscrit dans la mission en neurosciences du Centre universitaire de santé McGill. Pour de plus amples renseignements, veuillez consulter le site www.leneuro.ca

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