Des chercheurs tracent la voie à suivre pour construire un « jumeau numérique » du cerveau
Les développements récents en neurosciences et en intelligence artificielle inspirée du cerveau ont ouvert de nouvelles possibilités dans la compréhension de l’intelligence. Aujourd’hui, une équipe de recherche dirigée par Tianzi Jiang de l’Institut d’automatisation de l’Académie chinoise des sciences a décrit les composants et propriétés clés d’une plate-forme innovante appelée Digital Twin Brain, qui pourrait combler le fossé entre l’intelligence biologique et artificielle et fournir de nouveaux un aperçu des deux.
Cette recherche a été publiée dans Informatique intelligente.
La structure du réseau est un point commun entre l’intelligence biologique et l’intelligence artificielle. Puisque le cerveau est constitué de réseaux biologiques, un modèle numérique ou « jumeau » du cerveau construit à l’aide de réseaux artificiels permettrait aux chercheurs d’alimenter le modèle en connaissances sur l’intelligence biologique. L’objectif ultime est de « propulser le développement de l’intelligence artificielle générale et de faciliter les soins de santé mentale de précision », un exploit qui nécessite des efforts conjoints de la part des scientifiques interdisciplinaires du monde entier.
Grâce au Digital Twin Brain, les chercheurs pourraient explorer les mécanismes de fonctionnement du cerveau humain en simulant et en modulant le cerveau dans différents états pour diverses tâches cognitives. Par exemple, ils pourraient simuler le bon fonctionnement du cerveau au repos et ses dysfonctionnements en cas de troubles, ou développer des méthodes pour le sortir d’un état indésirable en modulant son activité.
Bien qu’elle ressemble à de la science-fiction, l’idée du Digital Twin Brain repose sur des bases biologiques solides. Il intègre trois éléments principaux : des atlas cérébraux servant d’échafaudages structurels et de contraintes biologiques, des modèles neuronaux à plusieurs niveaux formés sur des données biologiques pour simuler les fonctions cérébrales, et un éventail d’applications pour évaluer et mettre à jour le « jumeau » actuel.
Les trois éléments centraux devraient évoluer et interagir en boucle fermée. Un atlas cérébral dynamique conduit à des modèles neuronaux améliorés qui génèrent des simulations de fonctions plus réalistes. Le « jumeau » actuel, constitué de ces modèles, est ensuite validé dans un spectre toujours croissant d’applications pratiques, notamment la découverte de biomarqueurs de maladies et les tests de médicaments. Ces applications complètent le cycle en fournissant des informations permettant d’améliorer l’atlas cérébral.
Le cerveau biologique possède des structures et une dynamique complexes. Par conséquent, des atlas cérébraux très nuancés, y compris des atlas à différentes échelles, de multiples modalités et même de différentes espèces, sont nécessaires pour apprendre à construire son jumeau numérique. Grâce à une collection complète d’atlas, divers aspects du cerveau, ainsi que les connexions et interactions entre les différentes régions du cerveau, ainsi que les principes fondamentaux de l’organisation du cerveau, peuvent être explorés en profondeur.
D’un autre côté, les atlas cérébraux constituent également des contraintes dans le sens où les modèles neuronaux doivent être basés sur eux pour assurer leur « plausibilité biologique », ce qui pose des défis techniques.
L’équipe de Jiang suggère que l’Atlas Brainnetome sera un élément important pour le développement du Digital Twin Brain. Annoncé par des chercheurs de l’Institut d’automatisation de l’Académie chinoise des sciences en 2016, cet atlas est un atlas à grande échelle englobant 246 sous-régions du cerveau et a évolué vers une « cartographie étendue et détaillée » de la structure et de la connectivité du cerveau humain. .
Parallèlement, étant donné que les plateformes de simulation cérébrale existantes ne répondent pas à leurs bases anatomiques, les auteurs estiment qu’il est essentiel de concevoir « une plateforme open source, efficace, flexible et conviviale, limitée par un atlas cérébral », suffisamment puissante pour prendre en charge des simulations multi-échelles. et modélisation multimodale. Il reste encore de nombreuses questions ouvertes à aborder, telles que comment intégrer efficacement des fragments de connaissances biologiques dans un jumeau numérique, comment concevoir de meilleurs modèles de simulation et comment intégrer le Digital Twin Brain dans des scénarios pratiques.
En résumé, le Digital Twin Brain représente une convergence des neurosciences et de l’intelligence artificielle. En intégrant des atlas cérébraux complexes, des modèles neuronaux dynamiques et une multitude d’applications, cette plateforme est sur le point de révolutionner notre compréhension de l’intelligence biologique et artificielle.
Grâce aux efforts collectifs des scientifiques du monde entier, le Digital Twin Brain promet de faire progresser l’intelligence artificielle générale et de révolutionner les soins de santé mentale de précision, ouvrant la voie à des avancées transformatrices dans notre compréhension de l’esprit humain, au développement de technologies intelligentes et à la découverte de technologies intelligentes. de thérapeutiques pour les troubles cérébraux.
Fourni par l’informatique intelligente
