Image générée par une IA générative spécialisée dans la création d’images, à partir de la description textuelle suivante : “activité variable dans un processeur en silicium qui ressemble à un réseau neuronal artificiel ».
Les décisions humaines prises dans l’incertitude sont souvent imprévisibles, tout comme l’activité cérébrale qui leur est associée. Une équipe Inserm du Laboratoire de neurosciences cognitives et computationnelles de l’École Normale Supérieure – Université PSL vient de découvrir les bénéfices cachés de cette imprévisibilité. Ces travaux, basés sur des simulations de réseaux de neurones utilisés en intelligence artificielle, pourraient contribuer à une meilleure compréhension de certaines maladies psychiatriques dont les symptômes s’expriment dans des situations d’incertitude, comme les troubles obsessionnels compulsifs ou la schizophrénie par exemple. Les résultats viennent d’être publiés dans Avancées scientifiques.
Comment notre cerveau s’adapte-t-il à une situation inattendue ? S’il n’y a jamais été confronté auparavant et n’a aucun retour pour privilégier un choix plutôt qu’un autre, comment parvient-il à prendre une décision ? Pour donner un exemple concret : que faire lorsque votre métro ou votre bus n’arrive pas et que les informations communiquées oralement ou sur les panneaux d’affichage sont vagues ? Vaut-il mieux attendre, essayer un autre itinéraire, marcher ? Avoir la capacité de s’adapter et de prendre des décisions face à des situations imprévues est essentiel dans notre quotidien.
Valentin Wyart, directeur de recherche Inserm, et son équipe cherchent à comprendre comment le cerveau s’adapte à ces situations imprévues qui surviennent au quotidien.
« De nombreux neuroscientifiques cherchent à identifier des circuits cérébraux spécifiques pour chaque fonction cognitive, et c’est le cas de l’adaptation à l’incertitude.explique le chercheur. Mais cette approche ne prend en compte ni l’évolution du cerveau ni son fonctionnement. Nous sommes donc partis d’une autre hypothèse, radicalement différente : la capacité d’adaptation de notre cerveau serait une conséquence naturelle de son fonctionnement. »
L’activité cérébrale est en effet connue pour être variable et sujette à des fluctuations inexpliquées lorsque nous vivons des expériences, se manifestant par des signaux électriques imprévisibles. En laboratoire, cela se traduit par une grande variabilité des réponses cérébrales lorsqu’un même participant est exposé à plusieurs répétitions d’une même stimulation, comme une image ou un son par exemple.
“Nous avons imaginé que notre cerveau pourrait s’appuyer sur ces fluctuations d’activité pour se reconfigurer face à des situations nouvelles et imprévues”précise Valentin Wyart.
En d’autres termes, l’adaptation à l’incertitude ne reposerait pas sur un circuit cérébral dédié, mais se ferait sans effort en tirant parti de l’activité variable de notre cerveau.
Pour tester cette hypothèse, l’équipe s’est tournée vers des outils d’intelligence artificielle, en l’occurrence des réseaux de neurones artificiels, inspirés des réseaux de neurones de notre cerveau, et capables de simuler des processus cognitifs comme la mémoire. , l’apprentissage ou la prise de décision. Les chercheurs ont d’abord appris à ces réseaux de neurones artificiels à prendre des décisions dans des situations prévisibles. Certains de ces réseaux ne présentaient pas de variabilité et s’activaient toujours de la même manière dans les mêmes situations. D’autres, au contraire, avaient été modifiés par les chercheurs pour présenter une activité variable, comme celle du cerveau humain. L’équipe a ensuite exposé les deux types de réseaux neuronaux à de nouvelles situations, notamment à des sources d’incertitude auxquelles ils n’avaient jamais été exposés auparavant.
Les réseaux variables ont alors montré une capacité impressionnante à s’adapter de manière quasi optimale à des sources d’incertitude qu’ils n’avaient jamais rencontrées, là où les réseaux sans variabilité montraient un comportement rigide et inadapté. Concrètement, les réseaux jouaient à une machine à sous dont ils avaient appris certaines des combinaisons gagnantes. Lorsque les chercheurs ont introduit de nouvelles combinaisons, les réseaux variables ont réussi à deviner lesquels gagnaient tandis que les réseaux sans variabilité échouaient systématiquement.
Comment expliquer ce bénéfice caché de la variabilité cérébrale ? Une activité variable pourrait permettre aux réseaux neuronaux de notre cerveau d’être flexibles et de se reconfigurer très rapidement lorsque de nouvelles informations arrivent.
En plus d’ouvrir des perspectives intéressantes pour mieux comprendre le fonctionnement du cerveau humain, ces résultats pourraient également avoir des applications pratiques en intelligence artificielle, pour le développement de systèmes capables de s’adapter à des situations imprévues sans nécessiter de reprogrammation ni de formation spécifique. En effet, les outils basés sur l’IA que nous pourrions utiliser à l’avenir – comme un système de conduite autonome par exemple – doivent pouvoir s’adapter à des situations pour lesquelles ils n’ont pas été spécifiquement formés. .
Par ailleurs, cette découverte incite à explorer la variabilité cérébrale et à mesurer son impact dans le cadre de certaines maladies psychiatriques qui ont un impact délétère sur la prise de décision en situation d’incertitude, comme les troubles obsessionnels compulsifs ou la schizophrénie par exemple.
« Nous étudions actuellement la variabilité cérébrale chez les patients souffrant de ces maladies psychiatriques, mais aussi les neurotransmetteurs qui pourraient être impliqués dans la régulation de cette variabilité »conclut Valentin Wyart.
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