L'équipe de Cowley a enregistré le processus de parade nuptiale des mouches des fruits au cours d'une série de « rendez-vous » dans une boîte de Pétri, suivant le comportement du mâle (bleu) en réponse à toute vue de la femelle (rouge). De minuscules microphones placés sous cette « arène » captaient les chants que le mâle produisait en battant ses ailes. Crédit : Laboratoire Cowley/Laboratoire de Cold Spring Harbor
La recherche utilisant l’IA révèle de nouvelles informations sur la façon dont la vision influence le comportement des mouches des fruits, avec des implications pour la recherche visuelle humaine.
Nous avons tous entendu le dicton : « Les yeux sont la fenêtre de l'âme ». Mais n’oubliez pas que les fenêtres offrent une vue dans les deux sens. Nos yeux sont aussi nos fenêtres sur le monde. Ce que nous voyons et la manière dont nous le voyons déterminent notre façon de nous déplacer dans le monde. En d’autres termes, notre vision contribue à guider nos actions, y compris nos comportements sociaux.
Aujourd’hui, un jeune scientifique du Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) a découvert un indice majeur sur le fonctionnement de ce système. Il l’a fait en construisant un modèle d’IA spécial du cerveau de la mouche commune des fruits.
Regardez la mouche des fruits mâle (bleu) courtiser sa compagne (rouge). L'animation correspondante capture le point de vue de la mouche mâle. Crédit : CSHL
Comportement de l’IA et des mouches des fruits
Le professeur adjoint du CSHL Benjamin Cowley et son équipe ont perfectionné leur modèle d'IA grâce à une technique qu'ils ont développée appelée « entraînement par élimination directe ». Tout d’abord, ils ont enregistré le comportement de parade nuptiale d’une mouche des fruits mâle : poursuivant et chantant devant une femelle. Ensuite, ils ont génétiquement réduit au silence des types spécifiques de neurones visuels chez la mouche mâle et ont entraîné leur IA à détecter tout changement de comportement. En répétant ce processus avec de nombreux types de neurones visuels différents, ils ont pu amener l’IA à prédire avec précision comment la vraie mouche des fruits agirait en réponse à la vue de la femelle.
« Nous pouvons réellement prédire l'activité neuronale par calcul et demander comment des neurones spécifiques contribuent au comportement », explique Cowley. « C'est quelque chose que nous ne pouvions pas faire auparavant. »
Décoder les voies neuronales
Grâce à leur nouvelle IA, l'équipe de Cowley a découvert que le cerveau de la mouche des fruits utilise un « code de population » pour traiter les données visuelles. Au lieu d'un type de neurone reliant chaque caractéristique visuelle à une action, comme on le supposait auparavant, de nombreuses combinaisons de neurones étaient nécessaires pour sculpter le comportement. Un diagramme de ces voies neuronales ressemble à un plan de métro incroyablement complexe et il faudra des années pour le déchiffrer. Pourtant, cela nous amène là où nous devons aller. Il permet à l'IA de Cowley de prédire comment une mouche des fruits réelle se comportera lorsqu'elle sera soumise à des stimuli visuels.
Avec ce schéma en main, l'équipe de Cowley peut désormais se concentrer sur l'interrogation de son modèle d'IA au lieu de mener des expériences coûteuses sur de vraies mouches des fruits. Crédit : Laboratoire Cowley/Laboratoire de Cold Spring Harbor
Implications pour la recherche sur le cerveau humain
Cela signifie-t-il que l’IA pourrait un jour prédire le comportement humain ? Pas si vite. Le cerveau des mouches des fruits contient environ 100 000 neurones. Le cerveau humain en compte près de 100 milliards. Se référant au plan du métro, Cowley dit :
« Voilà à quoi ressemble la mouche des fruits. Vous pouvez imaginer à quoi ressemble notre système visuel.
Cowley espère néanmoins que son modèle d’IA nous aidera un jour à décoder les calculs qui sous-tendent le système visuel humain. Il dit:
« Cela va demander des décennies de travail. Mais si nous parvenons à comprendre cela, nous sommes en avance sur le jeu. En apprenant les calculs (de vol), nous pouvons construire un meilleur système visuel artificiel. Plus important encore, nous allons comprendre les troubles du système visuel de manière beaucoup plus détaillée.
Combien mieux ? Il faudra le voir pour le croire.
Fondation Starr, Collaboration Simons sur le cerveau global, Instituts nationaux de la santéNIH BRAIN Initiative, Howard Hughes Medical Institute, National Institute of Neurological Disorders and Stroke
