Le quotidien qui Mark

Le « Blue Brain Project » travaille depuis quatre ans à reproduire, avec d'énormes ordinateurs, le fonctionnement du cortex cérébral.

Un abus de langage courant nomme à tort «cerveaux électroniques» le contenu de nos ordinateurs et les puces de nos appareils électroniques. Sauf qu'aucun de ces dispositifs n'a l'architecture ou les fonctions d'un vrai cerveau. Depuis 2005, cependant un énorme projet de simulation sur ordinateurs, baptisé «Blue Brain Project», s'est donné comme objectif de fabriquer, dans dix ans, le premier «vrai» cerveau électronique.

Comme l'a rappelé le 24 juillet dernier, le directeur du projet, Henry Markram, de l'École fédérale polytechnique de Lausanne (Suisse) lors d'une conférence à Oxford, il s'agit plus exactement de simuler l'architecture et le fonctionnement du néocortex des mammifères au moyen d'un supercalculateur IBM de la famille Blue Gene, le troisième superordinateur le plus rapide du monde (36 téraflops). Ces machines peuvent effectuer simultanément plusieurs milliers de milliards d'opérations par seconde !

Blue Gene est capable aussi bien d'analyser en temps réel les signaux radioastronomiques dans le cadre de recherches sur l'origine de l'univers, que de simuler, toujours en temps réel, le repliement des protéines. Des performances qui en font un bon candidat pour modéliser le cerveau.

Les chercheurs se sont concentrés sur une colonne du cortex des mammifères. Autrement dit unité fonctionnelle empilant verticalement 10 000 neurones de plus de 200 types génétiques distincts. Il a fallu, pour alimenter le modèle, utiliser les données de plus de 15 000 expériences individuelles effectuées dans les laboratoires du monde entier sur des neurones en culture.

Avec ces données, l'équipe du Pr Markram a créé dans Blue Gene une colonne virtuelle de neurones corticaux où sont mimés l'architecture, la morphologie et le fonctionnement d'un réseau de 10 000 cellules en trois dimensions. L'équivalent d'un micro-ordinateur portable est nécessaire pour effectuer les calculs et la simulation d'un seul de ces neurones, c'est la raison pour laquelle Blue Gene, et ses 1 000 calculateurs ont été choisis.

Ce n'est qu'un début mais la phase 1 de l'expérience vient d'être finalisée : le modèle «vit» dans la machine. Les chercheurs ont présenté à ce cerveau in silico des images et mesuré son activité électrique de réponse : «Vous stimulez le système, et il crée sa propre représentation» à partir de cette simulation initiale, a expliqué Henry Markram. Le but final de cette première phase est d'extraire cette représentation et de l'observer. Pour voir comment le cerveau perçoit le monde !

Non seulement il faut connaître, décrire et mimer toutes les règles régissant les communications entre les cellules nerveuses, mais l'équipe de Lausanne veut descendre encore plus profondément dans chaque cellule, au niveau moléculaire des structures et des échanges !

Le Pr Markram rappelle que le néocortex apparu dans l'espèce humaine «est en réalité un nouveau cerveau. Les grands mammifères avaient besoin d'un outil cognitif pour l'éducation de leur progéniture, pour les interactions entre membres de la tribu, et pour les fonctions supérieures», comme les émotions ou la réflexion. «Cela a été un tel succès dans l'évolution que la taille de ce cortex a été rapidement multipliée par mille.»

Le projet est pharaonique : une seule colonne de cortex est aujourd'hui reproduite dans la machine d'IBM. Or notre cortex contient environ un million de ces unités fonctionnelles. Pour étudier un cerveau complet, il faudra inventer une machine informatique un million de fois plus puissante que Blue Gene. Cet outil pourrait servir à comprendre et traiter les maladies mentales ou, si les différences entre espèces sont élucidées, à dialoguer avec des animaux…