RÉSEAUX DE NEURONES (biologie)

Dans la recherche neurobiologique contemporaine, on assigne de plus en plus fréquemment à de petits groupes de quelques dizaines de neurones interconnectés des fonctions critiques dans l’élaboration d’un mouvement, d’une perception, ou d’un apprentissage. Ces petits ensembles matériels et fonctionnels de cellules sont nommés réseaux de neurones – à ne pas confondre avec les architectures informatiques appelées de la même manière. Le recours explicatif aux réseaux de neurones constitue un changement épistémologique dans la manière de se représenter l’exécution d’une tâche spécifique par le système nerveux. Cela implique d’en examiner le contenu et les limites.

Les réseaux de neurones, une construction historique

Le concept de réseau de neurones ne peut se définir aussi explicitement que ceux de fibre nerveuse ou de neurone. Longtemps, la fibre nerveuse constitua le concept clé de toutes les recherches sur le système nerveux se fondant sur l’étude des nerfs et de leurs composantes unitaires, les fibres, dont on découvre à la fin du xix^e siècle qu’elles sont des axones, un prolongement émanant généralement des corps cellulaires des neurones. Ce paradigme nerveux qui regroupe l’organisation du système nerveux en voies nerveuses gouvernant les réflexes est remplacé progressivement, d’abord en histologie, puis en neurophysiologie, à partir de la fin des années 1920, par un paradigme neuronal dans lequel le neurone devient central : on étudie alors les propriétés individuelles des neurones, leurs connexions en réseaux, et leurs affections dans les pathologies, par exemple les « maladies du neurone moteur » au tournant du xx^e siècle. Néanmoins, ces deux paradigmes se recouvrent en partie jusqu’aux années 1930 et jusqu’aux années 1950 dans une bien moindre mesure.

Il est possible de définir parallèlement un « paradigme des réseaux », qui tend à devenir dominant depuis quelques décennies, et dont l’histoire remonte à certaines spéculations de la fin du xix^e siècle. Celles-ci envisageaient déjà des types d’organisation d’éléments du système nerveux – fibres, neurones ou réseaux neuroniques – présentant des relations structurales et fonctionnelles et donc des propriétés spécifiques censées expliquer un comportement, une perception ou encore un état mental.

Au xix^e siècle, ce paradigme des réseaux est entièrement fondé sur des vues théoriques, comme celle de l’histologiste espagnol Santiago Ramón y Cajal expliquant le sens de propagation de l’influx dans les circuits neuroniques, ou encore, en matière de psychologie, celles imaginées précocement par le philosophe écossais Alexander Bain (1873), puis par le psychologue William James, le physiologiste Sigmund Exner, ou encore son collègue neurologue, le jeune Sigmund Freud. Cette manière théorique d’associer certaines propriétés de réseaux de neurones à la réalisation d’une tâche motrice, sensorielle ou cognitive se rencontre encore au xx^e siècle chez les neurophysiologistes, par exemple chez Raphael Lorente de Nó (chains of internuncial neurons) au cours des années 1930, ou encore chez Warren S. McCulloch dans la perspective cybernétique, pour préciser les conditions d’excitation d’un neurone dans des schémas de réseaux s’apparentant à des machines de Turing, et dans la perspective de la logique propositionnelle et de l’algèbre de Boole. Ce qui permet à McCulloch de formaliser des fonctions logiques, par exemple la fonction « ET » (si deux neurones présynaptiques sont excités, alors le neurone postsynaptique l’est).

Circuits neuraux tirés du chapitre sur la volonté de Principles of Psychology de William James

James discute de l’éducation de la volonté en décrivant l’apprentissage de l’alphabet par les enfants et, de manière plus générale, les apprentissages de séquences d’associations linéaires. James en conçoit le processus neural par des chaînes de cellules nerveuses associées de... 

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Circuits neuraux tirés du chapitre sur la volonté de Principles of Psychology de William James
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Anatomie fonctionnelle de la moelle épinière, J. Dejerine
Crédits : Jules Déjerine/ Masson, 1914/ coll. Jean-Gaël Barbara

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Expérience d’optogénétique en neurobiologie
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