Des scientifiques ont inventé une synapse artificielle capable de s’instruire de manière autonome

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Avril 2017 Des scientifiques ont inventé une synapse artificielle capable de s’instruire de manière autonome
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Des scientifiques ont inventé une synapse artificielle capable de s’instruire de manière autonome

Julien Claudet 8 avril 2017 Technologie
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Des scientifiques du CNRS ont créé une synapse artificielle qui peut s’instruire de manière autonome. Le dispositif a également été modélisé, afin d’élaborer des circuits plus complexes par la suite.


Les progrès et les développements dans le domaine de l’intelligence artificielle (IA) ont été en grande partie attribués à des technologies qui imitent le fonctionnement du cerveau humain : ce phénomène s’appelle le biomimétisme, qui s’inspire du fonctionnement de la biologie, et en l’occurrence ici du cerveau, pour concevoir des machines intelligentes. Dans le monde de la technologie de l’information, de tels systèmes d’IA sont appelés réseaux de neurones. Ces réseaux de neurones contiennent des algorithmes qui peuvent être formés, entre autres, dans le but d’imiter la manière dont le cerveau humain reconnaît la parole et les images. Toutefois, le fonctionnement d’un réseau de neurones artificiel consomme beaucoup d’énergie et n’est pas très rapide.

Mais à présent, des chercheurs du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) à l’Université de Bordeaux à Paris-Sud et d’Evry, ont développé une synapse artificielle capable de s’instruire par elle-même, appelée memristor, directement sur une puce électronique. Cela ouvre la voie à des systèmes intelligents qui nécessitent moins de temps et moins d’énergie pour apprendre, et ceux-ci peuvent de plus s’instruire de manière autonome.


Illustration de la synapse électronique : les particules représentent les électrons circulant à travers l’oxyde (par analogie avec les neurotransmetteurs dans les synapses biologiques). Le flux d’électrons dépend de la structure en domaines ferroélectriques de l’oxyde et celle-ci est contrôlée par des impulsions électriques. Crédits : Sören Boyn/Unité mixte de physique CNRS/Thales


Dans le cerveau, le processus d’apprentissage est lié à nos synapses, qui assurent la connexion entre les neurones : plus ces synapses sont stimulées et plus les connexions sont renforcées : ainsi, l’apprentissage est amélioré. Le memristor, un nanocomposant électronique, fonctionne de manière similaire : il est constitué d’une fine couche ferroélectrique (qui peut être polarisée spontanément), enfermée entre deux électrodes et dont la résistance peut être ajustée par le biais d’impulsions électriques similaires à celles des neurones.

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Qu'est - ce qu'une synapse

Une synapse est une zone de contact fonctionnelle qui s'établit entre deux neurones.

La synapse chimique est la plus fréquente des synapses du système nerveux. Ce type de synapses transmet le signal nerveux d'un neurone à un autre en utilisant un neurotransmetteur (Les neurotransmetteurs et les neuromédiateurs sont des substances chimiques libérées par les neurones agissant sur d'autres neurones) qui est émis par le neurone afférent. Ils sont diffusés dans la fente synaptique, c'est à dire l'espace qui sépare la synapse et se lie aux récepteurs postsynaptiques. Puis lorsqu'un un influx nerveux atteint le bouton synaptique, il y provoque l'expulsion du neuromédiateur dans la fente par éclatement des vésicules. Celui ci atteint les sites récepteurs de la membrane post-synaptique et y déclenche un influx nerveux. Pour que le neurotransmetteur, soit libéré par les cônes, c'est à dire pour que les vésicules éclatent, il faut que le récepteur à proximité de la synapse se situe à un certain seuil de dépolarisation ; la quantité libérée augmentera ensuite en fonction du niveau de dépolarisation.

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Dépolarisation : La dépolarisation d'une cellule, désigne le passage transitoire du potentiel de membrane d'une valeur négative, dites de repos, vers une valeur positive.



Les neurotransmetteurs, ou neuromédiateurs : Ce sont des composés chimiques libérées par les neurones (et parfois par les cellules gliales) agissant sur d'autres neurones, appelé neurone postsynaptique, ou, plus rarement, sur d'autres types de cellules (comme les cellules musculaires et les cellules gliales ).

Schématisation du fonctionnement d'une synapse



Transmission chimique du neurone A (émetteur) au neurone B (récepteur)

Mitochondrie

Vésicule synaptique avec des neurotransmetteurs

Autorécepteur

Fente synaptique avec neurotransmetteur

Récepteurs postsynaptiques activés par neurotransmetteur

Canal calcium

Éclatement d'une vésicule

Neurotransmetteur recapturé