Des chercheurs du laboratoire international ibérique de technologie nanoscopique ont mis au point une cellule nerveuse artificielle à partir de matériaux semi-conducteurs, traitant l’information lumineuse par des oscillations auto-entretenues, imitant ainsi avec précision le comportement des cellules nerveuses biologiques. Cette avancée représente un pas important vers des systèmes de calcul neuronal efficaces utilisant la lumière.
Les oscillations neuronales, également appelées ondes cérébrales, sont des motifs rythmiques d’activité électrique dans le cerveau qui se produisent lorsque les neurones (cellules cérébrales) envoient des signaux électriques de manière synchrone et répétée. Ces oscillations sont essentielles pour les fonctions cérébrales car elles aident à des tâches telles que la coordination de la communication entre différentes régions du cerveau, ce qui favorise la pensée, l’apprentissage, le mouvement, la mémoire et l’apprentissage.
Par exemple, certaines oscillations, comme les ondes thêta (4-8 Hz) dans l’hippocampe, sont associées à la formation de la mémoire, et les ondes gamma plus rapides (30-100 Hz) aident à résoudre des problèmes et à traiter des informations complexes. Pendant le sommeil, les oscillations à ondes lentes (comme les ondes delta, 0,5-4 Hz) aident à stocker les souvenirs et à éliminer les déchets du cerveau.
Signaux rythmiques Selon l’étude publiée par l’équipe de recherche dans la revue Scientific Reports, ces nouvelles cellules artificielles utilisent des signaux lumineux (principalement des infrarouges) au lieu de signaux électriques pour traiter l’information. Elles agissent comme des cellules cérébrales réelles en envoyant des signaux rythmiques, qui sont essentiels pour des fonctions telles que l’apprentissage, la mémoire et la reconnaissance de modèles.
Ces cellules utilisent des matériaux semi-conducteurs spéciaux fabriqués à partir d’arséniure de gallium, un matériau qui soutient le phénomène de « tunnel quantique », permettant ainsi un contrôle précis des signaux électriques.
Les scientifiques ont testé la cellule nerveuse artificielle dans différentes conditions, par exemple, dans l’obscurité, où les cellules ne se sont pas oscillées et sont restées dans un état stable. Lorsque exposées à la lumière, elles ont commencé à osciller, imitant l’activité pulsée des neurones réels. Cela a été réalisé en utilisant un effet quantique appelé résistance différentielle négative, ce qui signifie que la cellule nerveuse peut changer d’état en fonction de la lumière qu’elle reçoit.
Applications futures Cette découverte a des implications majeures pour l’intelligence artificielle, car les ordinateurs traditionnels traitent l’information étape par étape (traitement séquentiel), tandis que ces cellules nerveuses lumineuses peuvent traiter plusieurs signaux simultanément (traitement parallèle), rendant l’intelligence artificielle plus proche du cerveau et plus efficace.
Ces technologies pourraient également être utiles dans le domaine du calcul neuronal haute performance, où les puces d’intelligence artificielle actuelles consomment beaucoup d’énergie et d’espace. En revanche, ces cellules nerveuses optiques ne nécessitent pas de circuits supplémentaires, fonctionnant à la lumière, ce qui réduit la consommation d’énergie.
Bien entendu, ce type de cellules artificielles est utile pour développer un apprentissage semblable à celui du cerveau pour les machines de demain. Les cerveaux réels utilisent des oscillations pour reconnaître des modèles et stocker des souvenirs. Par conséquent, ces cellules nerveuses peuvent être utilisées dans des systèmes d’intelligence artificielle qui apprennent de manière plus naturelle.
Les scientifiques visent maintenant à intégrer plusieurs cellules nerveuses artificielles pour créer des réseaux capables d’exécuter des tâches complexes, et ainsi porter la recherche scientifique à un niveau d’applications plus efficaces.
