- Il a été confirmé que des motifs structurés d’activité électrique existent dès les premières étapes du développement cérébral, avant toute expérience sensorielle
- Une équipe de l’UC Santa Cruz a observé cette activité neuronale précoce à l’aide de organoïdes cérébraux (brain organoids)
- Les cellules montrent une structure capable de former des circuits et d’interagir de manière autonome même sans stimulation externe
- Ce motif se compose de séquences de signaux temporels similaires au “mode par défaut (default mode)” du cerveau humain
- Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour le diagnostic et le traitement des troubles du neurodéveloppement, ainsi que l’évaluation de l’effet de substances toxiques
Activité auto-organisée du cerveau primitif
- Les chercheurs ont étudié quand et comment commence la pensée humaine, en observant l’activité électrique cérébrale avant l’expérience sensorielle
- L’équipe de l’UC Santa Cruz a utilisé des organoïdes cérébraux 3D créés à partir de cellules souches humaines
- Même sans apport sensoriel externe, ces organoïdes forment eux-mêmes des circuits et émettent des signaux électriques
- Le professeur Tal Sharf explique que « les cellules interagissent déjà entre elles et forment des circuits avant même toute expérience du monde extérieur »
- Il compare cela à un « système d’exploitation (operating system) à l’état primitif », et étudie la structure du cerveau avant qu’il ne soit façonné par l’expérience sensorielle
Méthodes et technologies de recherche
- Les chercheurs ont utilisé une puce de réseau de microélectrodes basée sur la technologie CMOS pour mesurer l’activité électrique de neurones individuels dans les organoïdes
- Cette puce intègre des milliers de micro-amplificateurs, ce qui permet de capter avec précision les signaux de circuits neuronaux déjà formés
- Les organoïdes sont des modèles tissulaires 3D dérivés de cellules souches embryonnaires humaines, offrant des avantages éthiques et techniques pour l’étude du développement cérébral
- Le groupe Braingeneers de l’UC Santa Cruz a développé ce modèle en collaboration avec l’UC San Francisco et l’UC Santa Barbara
- Le laboratoire Sharf développe actuellement de nouvelles technologies d’interface neuronale combinant physique, science des matériaux et génie électrique
Génération de motifs et mode par défaut du cerveau
- Les chercheurs ont observé que les organoïdes génèrent des motifs spontanés de signaux électriques dans les mois précédant la réception d’entrées sensorielles
- Ces signaux apparaissent déjà avant l’étape de traitement d’informations sensorielles complexes comme la vision ou l’audition
- L’activité des neurones n’est pas aléatoire, mais suit des motifs structurés appelés “mode par défaut (default mode)”
- Ce mode par défaut fournit un cadre de réponses possibles qui permettra ensuite au cerveau de traiter les stimulations sensorielles
- Les premiers motifs observés dans les organoïdes présentent des séquences temporelles similaires à celles du mode par défaut du véritable cerveau humain
- Cela suggère l’existence d’un plan neuronal (blueprint) génétiquement encodé
Portée évolutive et médicale
- Les chercheurs expliquent que ces systèmes auto-organisés peuvent constituer la structure de base de notre perception du monde
- Ils avancent qu’au cours de l’évolution, le système nerveux central a peut-être préconstruit une carte (map) permettant d’explorer le monde et d’interagir avec lui
- Comme les organoïdes reproduisent la structure de base du cerveau réel, ils pourraient être utilisés pour étudier les troubles du neurodéveloppement et analyser l’impact de substances toxiques
- Sharf indique que cette dynamique neuronale complexe pourrait contribuer à la détection précoce de signes pathologiques et au développement de traitements
- Elle présente aussi un potentiel pour le développement futur de médicaments, de l’édition génétique et de technologies de criblage à haut débit
Collaboration de recherche et institutions participantes
- Cette recherche a impliqué UC Santa Barbara, Washington University in St. Louis, Johns Hopkins University, University Medical Center Hamburg-Eppendorf, ETH Zurich
- Les chercheurs explorent avec précision, à l’aide du modèle d’organoïde, les premières étapes du développement du cerveau humain et les mécanismes de formation des circuits neuronaux
1 commentaires
Avis Hacker News
Certains animaux sont prêts à se déplacer dès la naissance
On les appelle des animaux précoces (precocial), et ils savent marcher dès qu’ils naissent
Par exemple, un poulain se met debout moins d’une heure après sa naissance, et après une journée il peut courir avec le troupeau
En revanche, la façon de se coucher n’est pas programmée instinctivement, donc au début on les voit souvent s’effondrer maladroitement pour s’allonger
Les chevaux et des rongeurs comme les castors entrent dans cette catégorie, mais pas les singes. Cela n’a pas grand-chose à voir avec la lignée évolutive
Ils descendent du St Johns Water Dog et possèdent des caractéristiques adaptées à l’eau (queue de loutre, pelage gras, pattes palmées)
Dans certaines lignées, ils nagent très bien dès la naissance, mais ne savent pas qu’ils savent nager
Ils hésitent donc au bord de l’eau, puis s’ils tombent dedans par hasard, ils se mettent immédiatement à nager avec plaisir
Cela dit, tous les Labradors ne sont pas comme ça, et les Labs de chasse ont notamment besoin d’un entraînement à l’eau, d’où l’importance d’un accompagnement par un spécialiste
Un cheval de 3 jours marche, et une tigresse de 3 ans est déjà mère
Mais vers 6 ans, l’humain manifeste des capacités mentales qu’aucun autre animal ne possède
Ils ne marchent pas réellement faute de force dans les jambes, mais si on les soulève, ils font le mouvement
Cet instinct disparaît vers 3 mois, puis est « réappris » vers 1 an
Sur une planète où la gravité serait bien plus faible, les humains pourraient probablement marcher dès la naissance
Donc l’idée d’être prêt dès la naissance pourrait en réalité tenir moins d’une « préparation fonctionnelle » que d’une différence dans le moment où l’apprentissage commence
Les bébés humains ont eux aussi un réflexe de nage dès la naissance, donc la distinction entre precocial et non-precocial est peut-être floue
Même les petits savaient déjà, quelques jours après leur naissance, se glisser dans les fissures des murs pour échapper aux prédateurs
Comme tous adoptent le même comportement quel que soit leur âge, c’est clairement un schéma comportemental instinctif
Les muscles involontaires et les nerfs du corps humain sont déjà « préconfigurés »
Le cœur bat sans apprentissage, et la plupart des fonctions physiologiques marchent ainsi
L’article scientifique lié est paru dans Nature Neuroscience 2025
sous le titre « Preconfigured neuronal firing sequences in human brain organoids »
Le titre de l’article est trompeur
La recherche montre en réalité que les motifs de décharge des cellules d’organoïdes ressemblent au réseau du mode par défaut du cerveau
Ce n’est pas une preuve de « firmware » ou d’instructions préalables, mais le signe que les neurones, en interagissant, forment naturellement des motifs
Autrement dit, cela suggère que les organoïdes pourraient servir de modèle pour étudier le cerveau, mais leur applicabilité réelle reste encore inconnue
Cette étude semble étayer la théorie selon laquelle la perception est une hallucination contrôlée
Les entrées sensorielles ne feraient que corriger un traitement prédictif forgé par l’évolution
L’ADN humain contient environ 1,5 Go d’information, et pourtant il construit à lui seul le cerveau et l’ensemble du corps
Il est difficile de croire qu’une quantité d’information aussi réduite puisse produire des réseaux neuronaux et des comportements aussi complexes
Il y a là quelque chose de mystérieux qui ne se laisse pas expliquer par une simple taille en bits
L’ADN fonctionne comme un amas de conditions, générant son propre programme et interagissant avec lui-même
Les humains ont du mal à saisir intuitivement ce type de programme auto-configurant
qui se propagent en ondes entre les cellules et forment un rythme auto-entretenu
Autrement dit, cela fonctionne grâce à des propriétés auto-organisées, sans « logiciel » complexe
qu’un petit nombre de règles et une seed permettant de générer des résultats complexes
L’univers lui-même pourrait être un phénomène émergent issu de règles simples
Des stimulations extérieures comme l’éducation, le langage et les interactions sociales sont indispensables
Si l’on élevait un humain dans l’isolement, l’ADN seul ne suffirait pas à former une pensée pleinement humaine
on peut produire de la musique et des graphismes complexes avec très peu de code
Par exemple avec une démo 64KB ou la galerie 64k-scene
Le développement humain pourrait lui aussi résulter de règles génératives compressées
L’expérience de pensée d’une société qui émergerait sur une île peuplée uniquement de nouveau-nés est intéressante
Bien sûr, les bébés humains ne peuvent pas survivre sans adultes, mais ce n’est pas le cas des poussins
Les poussins manifestent dès la naissance des schémas comportementaux complets
Cela amène à imaginer à quoi ressemblerait l’humanité après un « hard reboot »
(C’est une blague, mais peut-être qu’en envoyant des bébés sur Mars et en diffusant une expérience écologique, on aurait la réponse)
Un enfant élevé avec des poules aurait agi et crié comme elles.
C’est un exemple de l’ampleur de l’influence de l’environnement sur la formation du comportement humain
Dans une conversation entre Geoffrey Hinton et Jon Stewart,
j’ai trouvé frappante sa comparaison des neurones à des entités qui détectent des motifs et font « ping »
On dirait que les neurones se répartissent les rôles en se disant mutuellement : « j’ai reçu ce signal »
Une telle structure de communication préalable pourrait exister avant même les entrées sensorielles
Et l’article parle non pas d’un simple « ping », mais de motifs de décharge complexes fondés sur le temps, ce qui rend l’idée encore plus convaincante
Cela fait longtemps que le théorème no-free-lunch démontre ce type d’idée
Pour qu’un apprentissage soit possible, il faut des connaissances préalables utiles (prior) sur le monde
Le cerveau est l’implémentation biologique de ce principe
Autrement dit, l’humain naît avec une structure déjà « préconfigurée » pour apprendre
Mais on étudie encore quelles hypothèses sont intégrées au cerveau humain,
et on est encore loin de pouvoir les appliquer à l’IA
Quelqu’un a fait remarquer que « Kant l’avait déjà dit »
Kant on Reason – Stanford Encyclopedia of Philosophy
il est prudent de répondre : « chez Platon, non ? »
Innateness in Philosophy – Plato to Aristotle
Les limites d’une expérience sont déterminées par ses propres présupposés
Le cerveau étant un objet empirique, l’intuition pure et les catégories relèvent d’une structure a priori antérieure à l’expérience
On ne peut donc pas tirer de conclusion certaine de l’observation du cerveau,
seulement discuter des conditions de la connaissance antérieures à l’expérience