Conception et émergence de processeurs neuronaux

Being able to harness the processing power of biological neurons will openthe door to ground breaking applications in many scientific fields. Glucosepoweredneural implants could repair or enhance cerebral functions in thefield of medicine, in vitro cognitive assays could foster drug screening in thepharmaceutical industry, and biological processors could lead to new kinds ofartificial intelligence.Any neuronal culture assigned with a computable function (actual or intended)can go under the name of a neuronal device. This thesis representsa multi-frontal effort towardsmaking this concept a more tangible thing, withoutholding to firmly onto preconceptions of what might and might not berelevant for computation. Our strategy is based on the exploitation of culturedneuronal networks’ properties that are both resilient and experimentally easilyaccessible rather than on the urge to reproduce the machinery of the brain.This seemingly naive engineering approach is disputable in the same waychance and necessity are in general disputable in biology. In spite of their mindbogglingcapabilities, one can argue that brains are the product of historicalcontingency and are therefore not necessarily optimal for the functions theysupport in vivo. This would be evenmore so the case for alternative functionsonly relevant to disembodied cultures.Whereas it might then be defendable to distance ourselves from naturalbrains, there are several benefits to the use of living components in the firstplace. Living cells have evolved to be energetically very efficient, they can repairthemselves and adapt to environmental changes. On a more fundamentallevel, in vitro discoveries, originating from the making and characterizationof neuronal devices, might be transposable to processes at play in vivo butdifficult to access ; such undertaking is therefore also relevant to the field ofneurosciences in general. Finally and most importantly, this work could help todefine the kind of computations that can be performed by neuronal assembliesand bring new elements to the field of artificial intelligence, which is bound tobe determinant in our future.La possibilité d'exploiter la puissance de calcul des neurones biologiques ouvrira la porte à des applications pionnières dans plusieurs champs scientifiques. Des implants neuronaux alimentés par le glucose pourraient réparer ou renforcer des fonctions cérébrales dans le domaine médical; des essais cognitifs in vitro pourraient permettre le criblage de remèdes dans l'industrie pharmaceutique. Enfin des processeurs biologiques pourraient conduire à de nouveaux types d'intelligence artificielle.On peut appeler dispositif neuronal toute culture de neurones affectée d'une fonction calculatoire. Cette thèse constitue un effort dans différentes directions pour rendre ce concept plus tangible, sans s'en tenir fermement à des idées préconçues sur ce qui pourrait être pertinent ou pas pour le calcul. Notre stratégie est basée sur l'exploitation des propriétés des réseaux de neurones en culture qui soient à la fois résilientes et facilement accessibles expérimentalement plutôt que sur la reproduction de la machinerie du cerveau.cette approche d'ingénieur en apparence naïve est discutable de la même façon que hasard et nécessité sont discutables en biologie de manière générale. En dépit de leurs faramineuses capacités, on peut défendre l'idée que le cerveau est le produit de contingences historiques et donc non nécessairement optimal pour les fonctions qu'il assure in vivo. Cela pourrait être encore plus le cas pour des fonctions alternatives seulement pertinentes dans le cas de cultures désincarnées.Alors qu'on pourrait défendre l'idée de se distancier du cerveau naturel, il y a de nombreux avantages à utiliser directement des éléments vivants. Les cellules vivantes ont évolué pour être énergétiquement très efficaces, elles peuvent se réparer elles mêmes et s'adapter aux changements d'environnement. A un niveau plus fondamental, les découvertes in vitro issues de la fabrication et de la caractérisation de dispositifs neuronaux pourraient être transposables à des processus en jeu in vivo mais difficiles à atteindre.Une telle entreprise fait donc sens dans le champ des neurosciences en général. Finalement, et de manière plus importante, ce travail pourrait contribuer à définir le genre de calcul qui pourrait être effectué par des assemblées de neurones et apporter des éléments nouveaux au domaine de l'intelligence artificielle, ce qui est voué à être déterminant dans l'avenir