Le cerveau humain est utilisé comme point de comparaison pour le fonctionnement des ordinateurs. Mais, honnêtement, les ordinateurs n’ont rien à voir avec le cerveau humain. Pas encore, du moins.
Cela pourrait changer, car les chercheurs ont mis au point une technologie informatique qui utilise la lumière pour imiter la fonctionnalité de la synapse d’un nerf, ouvrant ainsi la voie à un matériel qui combine la vitesse des processeurs modernes avec l’efficacité de la matière grise.
Le cerveau et les ordinateurs sont tous deux des systèmes capables de modéliser, de manipuler et de stocker des informations. À partir de là, ils n’ont pas grand-chose en commun.
Alors que les processeurs des ordinateurs combinent des impulsions électriques avec de minuscules interrupteurs marche-arrêt pour exécuter des fonctions, les neurones utilisent des marées chimiques pour distribuer les impulsions à travers de multiples canaux appelés synapses.
La différence est significative en ce qui concerne la mémoire et la consommation d’énergie : aucun matériel ne peut se rapprocher de l’efficacité et des capacités de stockage d’un cerveau humain.
Notre matière grise n’est pas pour autant une vedette : ces vagues d’électrolytes et de neurotransmetteurs ne peuvent pas battre la vitesse des électrons qui traversent les portes logiques.
Une équipe de chercheurs des universités d’Oxford, de Münster et d’Exeter a mis la main sur ce qu’elle considère comme le “Saint Graal ” de l’informatique, en créant un circuit intégré photonique qui agit comme une synapse.
“Le développement d’ordinateurs dont le fonctionnement ressemble davantage à celui du cerveau humain est le graal des scientifiques depuis des décennies”, explique Harish Bhaskaran, chercheur principal à l’université d’Oxford.
“Grâce à un réseau de neurones et de synapses, le cerveau peut traiter et stocker simultanément de grandes quantités d’informations, en utilisant seulement quelques dizaines de watts d’énergie. Les ordinateurs conventionnels ne peuvent pas s’approcher de ce type de performance.”
Pour être plus technique, votre ordinateur de bureau est basé sur l’architecture de von Neumann, du nom du célèbre mathématicien et physicien John von Neumann.
En d’autres termes, il existe des unités de processeurs pour gérer la logique et la mémoire.
Votre cerveau n’a pas un processeur à l’avant et un disque dur à l’arrière. Les neurones connectés dans un réseau ramifié, séparés par de minuscules ponts synaptiques, sont des processeurs et des dispositifs de stockage tout-en-un.
Pour fonctionner, les canaux de la membrane du nerf s’ouvrent et se ferment, envoyant des vagues d’ions chargés qui entrent et sortent en une onde mexicaine de faible voltage.
Ces mouvements sont médiés par d’autres processus chimiques aux extrémités des branches du nerf. En fonction de facteurs tels que la force ou la fréquence de l’onde, des poussées de neurotransmetteurs peuvent poursuivre le message en franchissant le fossé vers d’autres nerfs.
Ce petit saut à l’extrémité d’un nerf est l’extrémité opérationnelle du traitement neuronal, agissant comme un agent de contrôle du trafic qui arrête ou accélère un signal.
Décrites comme la plasticité synaptique, les modifications de ce point de contrôle peuvent expliquer la façon dont nous apprenons et traitons les nouvelles informations, en renforçant certains circuits et en permettant à d’autres de s’étioler.
L’informatique neuromorphique aspire à reproduire cette façon de combiner traitement et mémoire en un seul système, en rapprochant la biologie et l’informatique
L’astuce consiste à fabriquer un processeur capable de faire ce qu’une synapse peut faire.
“Comme les synapses sont environ 10 000 fois plus nombreuses que les neurones dans le cerveau, tout ordinateur ressemblant à un cerveau doit être capable de reproduire une forme d’imitation synaptique. C’est ce que nous avons fait ici”, explique Wolfram Pernice, de l’université de Münster.
La synapse artificielle de l’équipe est basée sur des structures constituées d’un matériau à changement de phase (PCM), qui stocke et libère d’importantes quantités d’énergie lorsqu’il passe d’un état à un autre.
Les ondes lumineuses sont canalisées à travers le matériau, et les impulsions optiques commutent le PCM de manière à imiter la plasticité d’une synapse.
Si le concept n’est pas nouveau, c’est la première fois que le processus est mis en pratique.
“Les ordinateurs électroniques sont relativement lents, et plus ils sont rapides, plus ils consomment d’énergie”, explique le chercheur C. David Wright, de l’université d’Exeter.
“Les ordinateurs conventionnels sont également assez “muets”, sans aucune des capacités d’apprentissage et de traitement parallèle intégrées au cerveau humain.”
Les processeurs neuromorphiques basés sur la lumière semblent être la fusion parfaite entre l’esprit et la machine.
La seule question qui se pose est la suivante : combien de temps devrai-je attendre pour que mon cerveau soit amélioré ?
Cette recherche a été publiée dans Science Advances.