Cerveau jumeau numérique : relier l'intelligence biologique et l'intelligence artificielle

Une série de développements récents dans les neurosciences et la technologie de l'IA inspirés par la structure du cerveau humain nous ont ouvert de nouvelles possibilités pour résoudre le mystère de l'intelligence. Aujourd'hui, une équipe de recherche dirigée par le professeur Jiang Tianzi de l'Institut d'automatisation de l'Académie chinoise des sciences, a décrit les composants et caractéristiques clés d'une plateforme innovante appelée « Digital Twin Brain ». La plateforme promet de combler le fossé entre l’intelligence biologique et l’intelligence artificielle et de fournir de nouvelles solutions aux deux extrémités.

Cette recherche a été publiée dans la revue "Intelligent Computing" le 22 septembre.

Une similitude majeure entre l’intelligence biologique et l’intelligence artificielle est qu’elles appartiennent toutes deux à des structures en réseau. Puisque le cerveau est composé de réseaux biologiques, les chercheurs espèrent utiliser des réseaux artificiels pour construire des modèles numériques correspondants ou des « jumeaux » cérébraux afin d'introduire des connaissances sur l'intelligence biologique dans les modèles. L'objectif ultime de cette démarche est de « promouvoir le développement de l'intelligence artificielle générale et de promouvoir des soins de santé mentale de précision ». Et il ne fait aucun doute que la réalisation de cet objectif ambitieux ne pourra être réalisée sans les efforts conjoints de scientifiques de diverses disciplines du monde entier.

Grâce aux cerveaux jumeaux numériques, les chercheurs peuvent explorer le mécanisme de fonctionnement du cerveau humain en simulant/régulant le cerveau pour effectuer diverses tâches cognitives dans différents états. Par exemple, ils pourraient modéliser le fonctionnement normal du cerveau au repos et les problèmes qui pourraient survenir à la suite d’une maladie, ou concevoir de nouvelles façons de réguler l’activité cérébrale et de la sortir d’états malsains.

Bien que cela ressemble à de la science-fiction, les cerveaux jumeaux numériques ont une base théorique biologique solide. Il intègre trois éléments principaux : une carte cérébrale qui sert d'échafaudage structurel et de mécanisme de contrainte biologique, un modèle neuronal à plusieurs niveaux formé sur des données biologiques pour simuler la fonction cérébrale, et une série d'algorithmes utilisés pour évaluer et mettre à jour le "jumeau" actuel. copie de la demande.

Ces trois éléments fondamentaux devraient continuer à se développer et à interagir en boucles fermées. La cartographie dynamique du cerveau peut améliorer les modèles neuronaux pour produire des simulations fonctionnelles plus réalistes. Dans le passé, les « jumeaux » composés de tels modèles ont été validés dans une gamme toujours croissante de scénarios d'application pratique, notamment la découverte de biomarqueurs de maladies et les tests de médicaments. Ces applications fourniront un retour d’information continu, améliorant ainsi la carte cérébrale pour compléter l’ensemble de la boucle opérationnelle.

Le cerveau biologique a une structure complexe et un système dynamique, il est donc nécessaire d'établir une carte cérébrale extrêmement détaillée, comprenant des cartes de différentes échelles, de multiples modes, et même de différentes espèces, afin de maîtriser la logique de construction des jumeaux numériques. . En collectant de manière exhaustive des cartes pertinentes, les chercheurs peuvent explorer en profondeur tous les aspects du cerveau, ainsi que les connexions et les interactions entre les différentes régions du cerveau, et finalement résoudre le mystère des principes de l'organisation du cerveau.

D'un autre côté, la carte cérébrale représente également une contrainte, c'est-à-dire que le modèle neuronal doit être basé sur la carte pour atteindre la « plausibilité biologique », ce qui pose également des défis techniques.

L’équipe de Jiang Tianzi estime que la carte du réseau cérébral deviendra un élément important du développement des cerveaux jumeaux numériques. En 2016, des chercheurs de l'Institut d'automatisation de l'Académie chinoise des sciences ont annoncé que la macrocarte comprenait 246 régions du cerveau et évoluait vers une « cartographie étendue et détaillée » de la structure et de la connectivité du cerveau.

Dans le même temps, étant donné que les plateformes de simulation cérébrale existantes manquent souvent de fondements anatomiques, les auteurs estiment qu'il sera crucial de concevoir « un ensemble de plateformes de simulation cérébrale open source, efficaces, flexibles, conviviales et contraintes par un atlas ». ". La plateforme doit être suffisamment puissante pour prendre en charge la modélisation multi-échelle et multimodale. Bien entendu, de nombreuses questions restent sans réponse, telles que la manière d’intégrer efficacement des connaissances biologiques complexes dans des copies de jumeaux numériques, la manière de concevoir de meilleurs modèles de simulation et la manière d’intégrer les cerveaux de jumeaux numériques dans des scénarios réels.

Dans l’ensemble, un tel cerveau jumeau numérique représente l’intégration des neurosciences et de l’intelligence artificielle. En intégrant des cartes cérébrales complexes, des modèles neuronaux dynamiques et une multitude d'applications, cette plateforme promet de révolutionner notre compréhension de l'intelligence biologique et de l'intelligence artificielle. Grâce aux efforts conjoints de scientifiques du monde entier, les cerveaux jumeaux numériques devraient promouvoir le développement de l'intelligence artificielle générale, révolutionner la médecine psychologique de précision et, à terme, nous aider à bien comprendre les pensées humaines, à planifier le développement de technologies intelligentes et à rechercher des traitements transformateurs pour maladies cérébrales.

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