I – Le cerveau et l`information

I – Le cerveau et l’information
apparition du sens à partir d’éléments circulant sous forme de signaux électriques sur
un réseau de neurones
Psychologie cognitive, informatique, neurosciences...
la compréhension du traitement des signaux électriques : PA & PPS.
Le cerveau produit environ 1016 PA par seconde
soit : 10 000 000 000 000 000 PA par sec.
L'apparition du sens
à partir d'éléments circulant sous forme de signaux électriques sur un réseau de
neurones.
1 – Différents niveaux d’organisation du cerveau
Le Système nerveux central
Les lobes cérébraux.
Les aires cérébrales spécialisées :
o structuralement ou
o fonctionnellement.
Les topies et les cartographies.
Les modules de traitement des données.
Les réseaux de neurones.
Les neurones.
Les synapses.
Les molécules.
2 - Syst de rpz de l’info
Niv anatomique (tissulaire) : avec les aires, les stres
Niveau fonctionnel : aire/stre associée à leur fct
Niv systémique : le support importe peu, seul le fctnmt compte
2 – les réseaux de neurones formels
21 – l’intelligence collective (ou en essaim)
intelligence collective issue d’etudes sur instectes sociaux (fourmis, abeilles, …)
Les fourmis n’ont pas d’intelligence : ni individuelle, ni centrale ;
C’est l’interaction sociale entre ses divers individus qui constitue l’intelligence de la
fourmilière
Cette notion appliquée aux neurones va amener à comprendre les propriétés des
réseaux de neurones : selon le principe un neurone = une fourmi.
22 - Les deux approches différentes : deux paradigmes (V Neumann et N. Wiener -
1950).
221 - Approche symbolique : donner un langage à la machine (A.Turing)
raisonnement :
- Le langage permet la pensée
- Or le langage : une manipulation de symboles avec une syntaxe.

- Dc si on construit un ordinateur qui manipule des symboles et utilise un langage
alors :
- On obtiendra des ordinateurs qui pensent.
 Ce type de fonctionnement est dit séquentiel, linéaire. (une étape à la fois)
Pensée  Langage  Symboles
Symboles  Langage  Pensée
222 - Approche connexionniste : faire une machine à son image.
Le raisonnement est le suivant :
- Le cerveau est le support de la pensée
- Il est composé des réseaux de neurones qui ont une activité électrique.
- Donc, on va donc reproduire ces réseaux avec leur fonctionnement électrique
pour aboutir à la pensée.
Pensée  activité électrique Réseaux de neurones
Réseaux de neurones  activité électrique Pensée
Ces ordinateurs connexionnistes fonctionnent massivement en parallèle.
Cerveau ≈ Puce électronique
3 - Les éléments du traitement de l’information :
L'information peut être considérée uniquement comme :
 Une suite de 0 et 1 (présence - absence de PA)
 Ils circulent sur des neurones câblés selon trois modalités : séquentielle, parallèle
ou rétroactive.
 Ces trois types de câblage sont présents dans tout le cerveau en proportion
diverses => fonctions spécifiques.
Trois grands types de câblages : sériel, parallèle et rétroactif.
cablage
fonctionmt
schématisation
en série (séquentiel)
successivité, hiérarchie,
niveaux, chronologie,…
ABCD
en parallèle (distribué)
simultanéité, globalité,
distributivité, multiplicité…
rétroactif
activité spontanée. Le syst
evolue spontannement
pour produire des
successions d’etats excités
et inhibés

II - Les différents signaux électriques
1 - La production des signaux électriques par les neurones : PA et PPS
PA = type numérique (= type 0/1 = binaire = digital) : amplitude et durée constantes.
(comme les numériques ou TV)
PPS = type analogique : amplitude et durée variables. (comme les vinyles ou les
argentiques)
Le cerveau oscille entre fonctionnement analogique (PPS) et un fonctionnement
numérique (PA) sur des neurones aux formes diverses (la forme influe)
Dans le cerveau, les neurones possédent les 2 systèmes de codage :
o Au niveau des synapses et du corps cellulaire : des PPS plus ou moins
grands et durables.
o Au niveau axonal : des PA (0/1) de fréquence variable.
Tableau de comparaison des différents signaux .
Cerveau : PPS
Cerveau : PA
Ordinateur
amplitude
de -10 à +20 mV
100 mV
5000 mV
durée
de 0 à 1000 mS
1 mS
0.000 01 mS
fréquence
-
0 à 200 Hz
100 000 000 Hz
vitesse
50 m/S
100 m/S
1 000 000 m/S
a) Les différences entre : analogique - numérique.
 Le code postal : 49800
 La différence entre les disques audio vinyl et CD
 Un ordinateur classique ne fonctionne qu’en numérique
(s'il possède un capteur analogique, immédiatement les données seront
transformées en binaire : 0/1).
Le numérique est beaucoup plus compact mais il ne supporte pas d’erreurs,
inversement
L'analogique peut en partie compenser les erreurs, car il est redondant, les données
voisines permettent de compenser.
Ceci étant, ces PA et PPS sont les signaux de bases difficiles à mesurer chez l’homme.
Sur le cerveau on a plus souvent accès un autre type d'activité électrique plus globale :
l’EEG ou les PE.

b) Activité électrique globale du cerveau : EEG, les potentiels évoqués et PET
i. L'EEG (Electro-Encéphalo-Gramme)
ii. Les PE (potentiels évoqués) : PEA et PEV.
On place des électrodes de la base du cerveau, du tronc cérébral jusqu'au cortex.
Exemple : l'enregistrement d'un PEV lors de l'apparition sur un écran d'un rond rouge.
1-Perception
2-Surprise
3 - Trouver un objet attendu.
Avec onde P300 : guider un ordinateur par la pensée,
écrire lettre à lettre via un casque à électrodes (en 2010 : 5 lettres à la minute).
Mais ceci n'explique en rien comment se fait le traitement des signaux.
iii. La TEP et IRMf
Visualisation des zones corticales fonctionnelles :
 Vision : en déduire ce que voit le sujet (triangle blanc)
 Audition : en déduire ce qu'entend le sujet (son "ou")
Voyons maintenant comment se fait le codage des données.
A. Le codage de l’information et l’activité électrique des neurones
1. Comment coder un stimulus bref ?
Quatre mécanismes principaux :
1 - Le délai (ou latence) d'apparition du PA.
2 - La fréquence des PA.
3 - Le modèle (pattern) de la salve des PA.
Ondes
gamma
bêta
alpha
thêta
delta
Cycles par secondes
(valeur moyenne)
40
20
10
5
2
Etat de vigilance (EEG)
perception
consciente
éveil attentif
veille diffuse
sommeil
sommeil lent

4 - Le nombre de neurones impliqués.
Ces quatre processus peuvent se combiner pour coder la stimulation.
2. Comment coder un stimulus long ?
c) Les neurones phasiques :
Ils ne sont sensibles qu'aux variations de stimulation, ce sont les plus répandus.
 Neurones ON
 Neurones OFF
 Neurone ON-OFF
Si la variation de la sensation augmente ou diminue trop progressivement : elle ne sera
pas perçue.
d) Les neurones toniques :
Ils sont réactifs pendant toute la durée de la stimulation.
Ces neurones toniques peuvent être ON ou OFF.
iv. Le codage peut mélanger les 2 types de fonctionnement : phasique et
tonique.
e) Le codage de coïncidence : associatif.
L’association de deux stimulations est nécessaire pour faire réagir le neurone récepteur
:
(l'équivalent d'un ET logique).
Ce mécanisme permet des détections très fines :
 Spatiales (à gauche ou à droite)
 Temporelles (l’avant et l’après) .
Ceci est à mettre en lien avec le conditionnement associatif (Pavlovien) ;
Il débouche sur l’apprentissage associatif.
3. Les différents types de neurones producteur de PA (selon Nelson) :
f) Neurones classiques :
Ils entrent en activité quand ils sont stimulés :
deux types existent selon le seuil de déclenchement du PA.
 seuil élevé (10 à 20 mv) => PA fréquence basse
 seuil bas (5 à 10 mv) => PA fréquence élevée ; neurones presque toujours actifs.
g) Neurones de mémoire (PLT) :