Pong
— Grenar / Shutterstock.com

Des scientifiques australiens ont démontré qu’il était possible d’apprendre à des amas de cellules cérébrales à jouer au jeu Pong. Selon l’équipe, ces travaux ouvrent la voie à une nouvelle compréhension du cerveau.

Apprentissage accéléré

Nommé « Dish Brain », le système utilisé par l’équipe se compose de 800 000 neurones humains et de souris cultivés en laboratoire et montés sur des réseaux de microélectrodes à même de lire leur activité et les stimuler avec des signaux électriques. Si ce type de montage avait été précédemment utilisé pour étudier le développement et les maladies neurologiques, c’est la première fois que de tels organoïdes apprennent à effectuer une tâche spécifique.

L’équipe a placé les cellules cérébrales dans une reconstitution virtuelle du jeu d’arcade classique Pong, où les cellules elles-mêmes jouaient le rôle de la raquette et devaient faire rebondir une balle simulée en temps voulu. Des électrodes situées de part et d’autre du DishBrain émettaient des signaux indiquant l’emplacement de la balle à un moment donné, tandis que la fréquence des signaux augmentait ou diminuait pour indiquer la distance la séparant de la raquette. Les neurones devant émettre des signaux pour déplacer la palette virtuelle et frapper la balle.

« Pouvoir apprendre à des cultures cellulaires à effectuer une tâche spécifique dans laquelle elles font preuve de sensibilité, en contrôlant la raquette pour renvoyer la balle par détection, ouvre de nouvelles possibilités qui auront des impacts considérables pour la technologie, la santé et la société en général », estime Adeel Razi, co-auteur de l’étude, publiée dans la revue Neuron.

Image au microscope électronique à balayage de neurones de DishBrain se développant sur un réseau d’électrodes — © Cortical Labs

Le principe de l’énergie libre

Les cultures cellulaires étant dépourvues de système dopaminergique, l’équipe n’a pu utiliser l’approche récompense/punition pour entraîner le DishBrain et s’est à la place rabattue sur le « principe de l’énergie libre », prévoyant que celles-ci essaieront toujours de minimiser l’imprévisibilité de leur environnement.

Lorsque les cellules ne parvenaient pas à frapper la balle avec leur palette, le système leur délivrait un stimulus imprévisible pendant quatre secondes. À l’inverse, elles recevaient pour chaque coup réussi un bref signal prévisible avant que la partie ne reprenne, également de manière prévisible. Grâce à cette méthode, le DishBrain a appris à jouer au jeu en cinq minutes seulement.

« L’aspect novateur de ce travail concerne le fait de doter les neurones de sensibilité – le retour d’information – et surtout de la capacité d’agir sur leur environnement », explique Karl Friston, co-auteur de l’étude. « De façon remarquable, les cultures ont appris à le rendre plus prévisible. »

Vers une meilleure compréhension du cerveau humain

Si cette expérience peut sembler un peu effrayante et éthiquement discutable, d’autres scientifiques soulignent que, bien que ces amas de neurones modifient leur réponse en fonction du type de stimulation utilisé, il ne s’agit pas d’une intelligence de style science-fiction, mais de simples réponses de circuit (bien qu’intéressantes et scientifiquement importantes).

Les auteurs de l’étude affirment que ces nouveaux travaux peuvent contribuer à améliorer notre compréhension du cerveau humain, en utilisant un modèle plus précis que les simulations informatiques. Les prochaines étapes consisteront à étudier les effets des drogues et de l’alcool sur les neurones, et notamment à déterminer s’ils altèrent la capacité des cellules lorsqu’elles jouent à Pong.

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