Des neurones créés en laboratoire et reliés à une puce sont capables de reconnaître des voix humaines

La fusion homme-machine est une réalité de plus en plus proche et concrète grâce au développement de l'intelligence artificielle. Aujourd'hui, un groupe de scientifiques a créé un système hybride capable de faire une reconnaissance vocale. Voyons cela de plus près.

Intelligence artificielle et organoïdes cérébraux

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L'intelligence artificielle (IA) est un domaine de l'informatique qui vise à développer des systèmes et des algorithmes capables d'effectuer des tâches nécessitant une intelligence humaine. Ces systèmes peuvent apprendre à partir de données, raisonner, résoudre des problèmes, comprendre le langage naturel et interagir avec l'environnement environnant. L'IA peut prendre différentes formes, telles que des systèmes experts, des algorithmes d'apprentissage automatique et des réseaux neuronaux, ou combiner différentes techniques pour aborder des tâches ou des problèmes spécifiques. Ce qu'une nouvelle étude a présenté et démontré, c'est que des cellules cérébrales cultivées en laboratoire et connectées à une puce électronique particulière sont capables d'effectuer la reconnaissance vocale.

Il s'agit d'organoïdes cérébraux, des structures tridimensionnelles recréant en laboratoire certaines caractéristiques d'un cerveau humain en développement. Ce sont essentiellement des agrégats de cellules cérébrales, c'est-à-dire de neurones, et de cellules de support telles que les cellules gliales, cultivées in vitro, c'est-à-dire en dehors du corps, pour étudier le comportement du tissu cérébral et les dynamiques du développement neuronal. Leur création est rendue possible grâce à la technologie des cellules souches pluripotentes induites, qui permet de convertir des cellules humaines matures en cellules souches capables de se différencier en divers types cellulaires, y compris des neurones.

Une approche matérielle de l'intelligence artificielle

Nature

Le groupe de scientifiques de l'Université de l'Indiana à Bloomington, dirigé par l'ingénieur Feng Guo, a créé un organoïde cérébral en utilisant des cellules souches. Ensuite, ils l'ont connecté à une puce et configuré le système à l'aide de leur outil d'intelligence artificielle appelé Brainoware. À ce stade, ils ont réalisé que le système hybride créé était capable de traiter, comprendre et mémoriser les informations reçues, démontrant également une certaine capacité de reconnaissance vocale. Cette étude pourrait ouvrir la voie à des biocomputers qui pourraient éventuellement remplacer les PC standards actuels.

« Le matériel informatique inspiré du cerveau vise à émuler la structure et les principes de fonctionnement du cerveau et pourrait être utilisé pour surmonter les limitations actuelles des technologies d'intelligence artificielle », écrivent les auteurs de la recherche. « Cependant, les puces en silicium inspirées du cerveau sont encore limitées dans leur capacité à imiter complètement la fonction cérébrale, car la plupart des exemples sont construits sur des principes électroniques numériques. Nous présentons ici une approche matérielle d'intelligence artificielle qui utilise le calcul du réservoir adaptatif des réseaux neuronaux biologiques dans un organoïde cérébral. Dans cette approche, appelée Brainoware, le calcul est effectué en envoyant et recevant des informations de l'organoïde cérébral à l'aide d'un réseau multi-électrode à haute densité. »
Les scientifiques ont illustré le potentiel pratique de cette technique en l'utilisant spécifiquement pour la reconnaissance vocale et la « prédiction d'équations non linéaires dans un cadre de réservoir de calcul ».

Organoïdes cérébraux en informatique : une première

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Cela fait maintenant de nombreuses années que la science tente de concevoir des ordinateurs basés sur des systèmes biologiques avancés. Les ordinateurs que nous connaissons actuellement sont nettement plus efficaces que les cerveaux humains pour travailler avec des chiffres et traiter des données structurées en dépensant peu de temps et d'énergie. Guo a déclaré : « C'est la première démonstration de l'utilisation d'organoides cérébraux dans le domaine de l'informatique. Il est passionnant de voir les possibilités des organoides pour la bioinformatique à l'avenir. »

L'objectif de l'utilisation de Brainoware était d'exploiter les vraies cellules cérébrales pour un échange d'informations en entrée et en sortie. Après avoir effectué une stimulation électrique sur le système hybride, l'intelligence artificielle a montré des changements dans les réseaux neuronaux au moment de répondre aux signaux. L'équipe a donc décidé de le mettre à l'épreuve à travers certains tests, dont la résolution d'équations mathématiques. Ensuite, ils ont converti en signaux électriques 240 clips audio avec huit voix différentes prononçant des voyelles en japonais, les appliquant à Brainoware. L'organoïde cérébral a produit des signaux dans les réseaux neuronaux, qui une fois décodifiés ont montré une sorte de reconnaissance vocale, bien que « la précision était faible », a déclaré Guo. Avec l'entraînement de l'hybride, la précision est montée à 78%, bien qu'elle soit encore loin des résultats produits par les réseaux neuronaux artificiels.

L'objectif de la recherche était donc de « construire un pont entre l'intelligence artificielle et les organoides », puisque l'IA et le cerveau reposent tous deux sur la transmission de signaux à travers un réseau neuronal.
« Nous voulions nous demander si nous pouvons exploiter le réseau neuronal biologique à l'intérieur de l'organoïde cérébral pour l'informatique. » Cependant, l'utilisation de cellules vivantes dans le domaine informatique devra surmonter de nombreux défis, tels que le maintien en vie des organoides, qui pourraient devenir de plus en plus volumineux avec le développement des futures applications. La prochaine étape sera de comprendre la capacité éventuelle des organoides à accomplir des tâches plus complexes, afin d'évaluer la possibilité de les incorporer dans les microprocesseurs en silicium actuellement utilisés dans l'informatique basée sur l'intelligence artificielle. Que pensez-vous de ces progrès ?