L'Hebdo;
2005-11-17 Neurones Le silicium à l'assaut de la matière grise
NEURONES Entre informatique et biologie, des chercheurs de l'EPFL tentent de créer une simulation numérique du cerveau. Un projet ambitieux.
Une odeur médi-cale flotte dans les vastes laboratoires du Brain Mind Institute (BMI), à l'EPFL. Les blouses blanches, les produits chimiques, les microscopes et les éprouvettes évoquent les sciences du vivant. Mais les jeunes chercheurs qui s'affairent ont les yeux rivés sur l'écran. Les seules souris visibles sont reliées aux ordinateurs. Voici le cadre du projet Blue Brain, qui mêle informatique et biologie. Son but? D'ici à dix ans, créer une simulation numérique d'un cerveau. Dresser un modèle digital de cet organe complexe, dans le coeur froid des machines.
Ce rêve un peu fou semblait encore impensable à la fin du XXe siècle. Mais aujourd'hui, le professeur Henry Markram, fondateur et codirecteur du BMI, affirme qu'il va se réaliser. «Nous commençons à construire une copie détaillée et précise d'une partie du cerveau», indique ce scientifique âgé de 42 ans, actif à l'EPFL depuis février 2002. D'ici à deux ans, son équipe devra réaliser la version informatique de l'un des composants fondamentaux du cortex des mammifères, la colonne corticale. Cette structure millimétrique contient entre 10 000 et 100 000 neurones, selon les espèces. Répétée à plusieurs millions d'exemplaires sous le crâne de l'être humain, ce réseau de cellules forme 80 % de son cerveau. Mais les scientifiques vont d'abord répliquer une colonne corticale de rongeur.
8000 processeurs Ces recherches ambitieuses nécessitent la réunion de plusieurs «outils». Une base de données, alimentée par une quantité astronomique d'informations issues de l'activité de neurones de rats, donnera toute son exactitude à la copie numérique en gestation. Ensuite, une capacité de traitement exceptionnelle, à la hauteur de l'ampleur du projet, est nécessaire.
En juin, et pour quelques millions de francs, l'EPFL a acquis un superordinateur Blue Gene d'IBM. Ses 8000 processeurs peuvent effectuer 22 800 milliards d'opérations... chaque seconde. Parallèlement, les chercheurs élaborent un logiciel original pour effectuer la simulation elle-même et la visualiser en deux, voire en trois dimensions. A terme, ce programme sera distribué largement sur l'internet, pour permettre aux spécialistes du monde entier de travailler sur le fonctionnement du cerveau, au moyen d'un outil commun.
Dans une deuxième phase, l'aventure scientifique va consister à multiplier la colonne corticale virtuelle obtenue afin de former un encéphale digital complet. Blue Brain constituera alors un formidable terrain d'expérience, qui, au passage, permettra de limiter l'expérimentation animale. «A volonté, nous pourrons activer ou désactiver des neurones, couper ou ajouter des connexions, et observer ce qui se passe ensuite», indique Henry Markram. A l'idée «d'allumer la machine», ses yeux bleus brillent d'impatience. Car les millions de colonnes corticales que nous trimballons entre nos oreilles nous permettent d'apprendre, de mémoriser, de percevoir, de penser...
Grâce à la simulation, les chercheurs espèrent détecter les vulnérabilités du cerveau, et explorer les théories existantes sur l'origine et le développement de maladies comme l'autisme ou la dépression. Henry Markram souhaite également pouvoir tester l'effet de médicaments et leur manière «d'affecter le circuit». Un terme quil montre à quel point la technologie et la biologie peuvent se mêler.
La technique ne va-t-elle pas limiter les ambitions des scientifiques? En effet, malgré sa force de travail phénoménale, Blue Gene ne permet de simuler en temps réel... qu'une seule colonne corticale de rongeur. L'un des ordinateurs les plus puissants du monde mis en balance avec quelques milliers de cellules vivantes. Henry Markram reste confiant: «Il y a 60 ans, ces appareils pouvaient effectuer une seule opération par seconde. Imaginez ce dont ils seront capables dans les prochaines décennies!» Grâce à son partenariat avec la société IBM, l'équipe de l'EPFL souhaite faire profiter l'informatique de ses découvertes.
Au-delà de la stricte observation de son fonctionnement, les chercheurs souhaitent interagir avec Blue Brain, communiquer avec lui, le nourrir de données. En suivant à la trace le chemin pris par une information dans le coeur de la simulation, avec ses sauts et ses méandres, Henry Markram espère voir émerger l'intelligence biologique, totalement différente de la logique froide des ordinateurs. C'est à cet instant, au-delà de ses aspects purement techniques, que le projet donne le vertige. Le modèle numérique sera-t-il capable d'apprendre? Une forme de conscience verra-t-elle le jour? De quoi rêvera-t-il? «Nous ne savons pas réellement ce qu'est la conscience», tempère le codirecteur du BMI. D'ailleurs, il s'interroge: «Serons-nous même capables de la reconnaître, si elle devait apparaître?» L'évolution de Blue Brain, dans les tréfonds d'une machine, promet des surprises. | DS
bluebrainproject.epfl.ch
«Nous commençons à construire une copie détaillée et précise d'une partie du cerveau.» Henry Markram
Henry Markram Dans les laboratoires du Brain Mind Institute, à l'EPFL, ce scientifique simule une brique fondamentale du cerveau.
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