Des chercheurs de l’Université de Californie à Santa Cruz ont démontré que de petits groupes de tissus cérébraux cultivés en laboratoire peuvent être formés pour résoudre un problème d’ingénierie – équilibrer un pôle virtuel – en utilisant une rétroaction électrique soigneusement conçue. Cette expérience de validation de principe montre que le tissu neural dans une assiette peut apprendre de manière adaptative, ce qui pourrait fournir de nouvelles informations sur les maladies neurologiques et la capacité de plasticité du cerveau.
L’expérience : apprendre aux organoïdes cérébraux à équilibrer un pôle
L’expérience a utilisé des organoïdes corticaux, de petites structures tridimensionnelles cultivées à partir de cellules souches de souris qui imitent certains aspects du tissu cérébral. Ces organoïdes ne sont pas capables de pensée ou de conscience, mais ils peuvent envoyer et recevoir des signaux électriques, et leurs connexions peuvent être modifiées par stimulation. La tâche consistait à contrôler un « poteau » – une simulation dans laquelle un chariot virtuel se déplace vers la gauche ou la droite pour maintenir un poteau articulé en équilibre vertical.
Ce problème est notoirement difficile pour les systèmes d’intelligence artificielle car il nécessite des ajustements constants et précis, et non une simple réponse correcte. Les organoïdes étaient connectés à l’environnement virtuel et leur activité électrique était interprétée comme des commandes pour déplacer le chariot. La clé était le retour adaptatif : lorsque l’organoïde fonctionnait mal, il recevait une brève rafale de stimulation électrique. Un algorithme a ajusté les neurones recevant cette stimulation en fonction du fait que des modèles similaires avaient précédemment conduit à un meilleur contrôle.
Pourquoi c’est important : Comprendre la plasticité cérébrale et les maladies
Il ne s’agit pas de créer des bioordinateurs fonctionnels. Il s’agit plutôt de comprendre comment les neurones s’adaptent pour résoudre les problèmes. Selon Ash Robbins, chercheur à l’UC Santa Cruz, “Nous essayons de comprendre les principes fondamentaux de la façon dont les neurones peuvent être adaptés de manière adaptative pour résoudre des problèmes. Si nous pouvons comprendre ce qui motive cela dans une assiette, cela nous donne de nouvelles façons d’étudier comment les maladies neurologiques peuvent affecter la capacité du cerveau à apprendre. ”
Les résultats ont été significatifs. Les organoïdes ayant reçu une rétroaction adaptative ont équilibré le pôle dans 46 % des cycles, contre 2,3 % pour ceux n’ayant reçu aucune rétroaction et 4,4 % pour ceux ayant reçu une stimulation aléatoire. Cela montre que les connexions neuronales du tissu peuvent être ajustées grâce à une rétroaction structurée.
Les limites et les considérations éthiques
L’apprentissage de l’organoïde est de courte durée. Après seulement 45 minutes d’inactivité, il revient aux performances de base. Les recherches futures se concentreront sur l’amélioration de sa mémoire, éventuellement en augmentant sa complexité. David Haussler, bioinformaticien impliqué dans l’étude, a souligné que l’objectif est de faire progresser la recherche sur le cerveau et de traiter les maladies neurologiques, et non de remplacer les contrôleurs robotiques par des tissus cultivés en laboratoire.
L’utilisation d’organoïdes cérébraux humains soulèverait de sérieuses préoccupations éthiques, mais pour l’instant, cette recherche offre une fenêtre unique sur les mécanismes fondamentaux de la plasticité cérébrale.
Cette étude démontre que les circuits neuronaux vivants peuvent être ajustés de manière adaptative grâce à une rétroaction structurée, une découverte qui pourrait révolutionner notre compréhension de la façon dont le cerveau apprend et s’adapte, et comment les maladies neurologiques perturbent ces processus.
