Face à des images qui brisent le schéma attendu, comme un panneau d’interdiction d’entrer là où un panneau d’arrêt est attendu, comment le cerveau réagit-il et apprend-il par rapport à la visualisation d’images qui correspondent à ce qui a été prédit ?
C’est la question à laquelle une équipe, dont l’Université York, a tenté de répondre. Une théorie de longue date suggère que le cerveau apprend un modèle prédictif du monde et que ses prédictions internes sont mises à jour lorsque les données sensorielles entrantes prouvent qu’elles sont fausses. Cependant, ce que les chercheurs ont découvert les a surpris, déclare York. Professeur agrégé à la Faculté des sciences Joël Zylberbergauteur co-correspondant de l’article récemment publié.
« Tester cette théorie a toujours été un défi », dit-il. « Nous devions être capables de mesurer les signaux descendants envoyés aux zones sensorielles du cerveau sur de longues périodes pour montrer comment le cerveau apprend de nouveaux modèles d’entrées sensorielles. »
À l’aide d’un modèle de souris, les chercheurs ont affiché des images de modèles visuels sur plusieurs jours, puis ont présenté d’autres images violant ces modèles, tout en mesurant l’activité cérébrale dans le cortex visuel, où les informations visuelles de la rétine sont traitées. L’idée était de tester comment les neurones réagissaient aux nouvelles informations sensorielles violant les schémas.
Plusieurs chercheurs, dont Zylberberg, sont boursiers du Institut canadien de recherches avancées Le groupe Learning in Machines and Brains, qui a mené la recherche dans le cadre du l’Observatoire du cerveau de l’Allen Institute for Brain Science et son Programme OpenScope. OpenScope a été comparé à un observatoire où les astronomes travaillent ensemble pour étudier l’univers, mais cette fois-ci, les chercheurs partagent des données pour étudier le cerveau.
Les mesures ont été prises au niveau des dendrites apicales distales des neurones du cortex visuel, qui reçoivent des signaux descendants, et au niveau de leurs corps cellulaires, qui reçoivent des signaux ascendants. Ils voulaient savoir si les dendrites apicales distales traitaient les stimuli visuels différemment de leurs corps cellulaires lorsque les signaux correspondaient ou violaient les schémas attendus.
Il s’avère que la réponse du cerveau aux modèles d’images qui violent les prédictions du cerveau évolue différemment au fil du temps par rapport aux images correspondant à des modèles.
« Étonnamment, les réponses des dendrites apicales distales ont augmenté de manière significative avec le temps, devenant de plus en plus sensibles aux entrées qui violent les schémas, tandis que les corps cellulaires ont perdu leur forte sensibilité initiale », explique Zylberberg, neuroscientifique informatique. « Cette découverte pourrait offrir un aperçu essentiel du calcul sensoriel et de l’apprentissage prédictif dans le cerveau. »
La découverte suggère que les stimuli violant les modèles ont conduit aux changements et que différentes formes de stimuli violant les modèles peuvent provoquer des types d’erreurs de prédiction différents de ceux attendus. Cela met en évidence une composante du cerveau qui pourrait jouer un rôle distinct et important dans l’apprentissage sensoriel jusqu’alors inconnu.
« Savoir comment le cerveau traite les nouvelles informations sensorielles visuelles est important pour développer de meilleurs algorithmes et applications d’apprentissage automatique qui pourraient, espérons-le, aider à restaurer la vue des gens à l’avenir », explique Zylberberg.
