entraînement de réseaux de neurones récurrents à pulses appliqué

i
UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ENTRAÎNEMENT DE RÉSEAUX DE NEURONES
RÉCURRENTS À PULSES APPLIQUÉ À LA
MODÉLISATION D’UN TISSU NEURONAL BIOLOGIQUE
MATTHIEU GILSON
DÉPARTEMENT DE GÉNIE ÉLECTRIQUE
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
MÉMOIRE PRÉSENTÉ EN VUE DE L’OBTENTION
DU DIPLÔME DE MAÎTRISE ÈS SCIENCES APPLIQUÉES
(GÉNIE ÉLECTRIQUE)
NOVEMBRE 2003
© Matthieu Gilson, 2003.

ii
UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
Ce mémoire intitulé :
ENTRAÎNEMENT DE RÉSEAUX DE NEURONES RÉCURRENTS
À PULSES APPLIQUÉ À LA MODÉLISATION D’UN TISSU
NEURONAL BIOLOGIQUE
présenté par : GILSON Matthieu
en vue de l'obtention du diplôme de : Maîtrise ès sciences appliquées
a été dûment accepté par le jury d'examen constitué de :
Madame Farida CHERIET, Ph. D., présidente
Monsieur Franco LEPORÉ, Ph. D., membre
Monsieur Jean-Jules BRAULT, Ph. D., directeur
Monsieur Mohamad SAWAN, Ph. D., co-directeur

iii

iv
REMERCIEMENTS
Je tiens à remercier tous ceux qui m’ont côtoyé durant ces deux ans à Montréal,
tant sur le plan des études que dans la vie courante.
Merci en particulier à mes directeurs de recherche Jean-Jules et Mohamad, avec
qui j’ai pris goût à la recherche, et à R. Gulrajani pour sa disponibilité.
Et merci entre autres à CIBL (la radio libre de Montréal), au Sergent Recruteur,
au P’tit Bar, au Ludik et à In Da Jungle pour l’animation de la vie culturelle.

v
RÉSUMÉ
Les récents progrès en microélectronique permettent d’entrevoir la restauration de
fonctions corporelles en excitant le système nerveux grâce à des micro-stimulateurs
implantables dans le corps humain, notamment recréer une vision partielle chez des
personnes devenues aveugles. Les travaux de Foerster, Dobelle et Hambrecht ont montré
que la stimulation électrique du cortex visuel engendrait l’apparition de phosphènes
(sensations mentales d’un point lumineux) dans le champ visuel et ont étudié l’impact de
certains paramètres de stimulation sur les qualités visuelles des phosphènes ainsi générés
(intensité, stabilité, etc.). Ces expériences ont été effectuées chez des personnes ayant
perdu la vue (leurs voies visuelles ont déjà été organisées et fonctionnelles au niveau du
cortex, ce qui n’est pas le cas chez des personnes aveugles de naissance). Le laboratoire
de micro-électronique PolySTIM développe une prothèse visuelle implantable dans la
couche 4 du cortex visuel primaire qui comportera une matrice d’électrodes permettant de
stimuler le tissu neuronal et d’enregistrer son activité en de nombreux sites. Elle sera
suffisamment versatile pour envoyer une grande diversité de signaux électriques aux
cellules corticales.
On ne peut pas reproduire l’information visuelle afférente via le nerf optique,
mais on veut exploiter les circuits neuronaux existants dans un cortex structuré. Jusqu’à
présent, l’induction d’autres formes géométriques que des points n’a pas été maîtrisée, de
même que le mouvement ou la couleur. Il est nécessaire de contrôler ces composantes
visuelles : restaurer une vision partielle ne se limite pas à reproduire la version pixellisée
d’une scène visuelle. On est donc amené à déterminer des protocoles de stimulation
adéquats (quels types de signaux électriques choisir et comment les combiner au niveau
des nombreuses électrodes?), de sorte que les aires visuelles supérieures « interprètent »
une scène conformément à ce que l’on veut représenter dans le champ visuel restauré.
Dans un premier temps, on utilisera comme base des protocoles de stimulation des trains