Recherche

Codage et cerveau

Responsable du projet : Claude Berrou

Département : Électronique

Ce projet de recherche fondamentale vise à identifier clairement, approfondir et exploiter les fortes analogies que l'on peut observer entre les structures du cortex cérébral et celles des décodeurs correcteurs d'erreurs modernes, de type turbo ou propagation de croyance. Ce projet s'appuie sur une vision connexionniste du traitement de l'information dans laquelle mémoire et computation sont indissociables et interagissent en permanence.

Par rapport aux travaux qui peuvent être menés, en France comme à l'étranger, pour croiser théorie de l'information et biologie du cerveau, ce projet adopte une démarche originale de type bottom-up. Au lieu de partir de considérations statistiques générales (entropie, capacité de canal, etc.) pour tenter de justifier les choix de la nature en matière de traitement de l'information, observons plutôt la similitude "matérielle" de ces choix avec les décodeurs modernes.

A l'origine de ce projet se trouve une évidence de similarité d'organisation et d'opérations entre le réseau de neurones biologiques, par exemple celui d'une colonne néocorticale de quelques milliers de neurones, et le décodeur d'un code LDPC (Low Density Parity Check). Cette similarité invite à aborder la compréhension du fonctionnement cérébral par les approches spatio-temporelles qui ont fait leurs preuves dans le domaine de la correction d'erreurs. En particulier, les propriétés de graphes et l'importance des cycles dans les graphes constituent le cœur de cette étude. Divers arguments de nature informationnelle, ainsi que les observations les plus récentes des neurobiologistes, conduisent en effet à considérer le cycle comme le support fondamental de la mémoire, du raisonnement et de la conscience. Le cycle est également un concept graphique de première importance dans le codage/décodage correcteur. Il a été récemment démontré qu'un code construit à partir d'une représentation exclusivement arborescente (sans cycles) ne pouvait être un bon code. Mais au contraire du cortex, la propagation de l'information sur cycles, du fait des effets de corrélation, n'est pas optimale. Ce dilemme nous conduit à considérer la construction de codes redondants originaux dont les mots de code seraient systématiquement associés à des cycles et dont le décodage ne serait donc plus contrarié par les effets de corrélation, puisque ceux-ci seraient toujours favorables.

Le travail mené dans ce projet s'inscrit dans une vision fortement réductionniste vis-à-vis de la complexité physico-chimique de la biologie du cerveau. Il nous semble en effet que les connaissances acquises ces dernières décennies par les neurobiologistes offrent aujourd'hui à la théorie de l'information (codage, communication, graphes, etc.) l'opportunité d'une contribution forte à la compréhension et à l'imitation du comportement cérébral. Car le constat principal (et déconcertant) qui peut être fait aujourd'hui est bien le suivant : on ne sait toujours pas comment l'information est portée, entretenue et traitée dans le cortex cérébral malgré tous les travaux qui ont pu être menés jusqu'à présent dans les disciplines des neurosciences.

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