[Un polymère reproduit le fonctionnement des synapses et des réseaux de neurones ]

Dans notre cerveau, les réseaux de neurones s’auto-organisent en topologies complexes pour maximiser les fonctions à réaliser. Une équipe de l’Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologie de l’Université de Lille est parvenue à imiter le mécanisme de croissance dendritique avec un polymère organique. Ces travaux ouvrent une nouvelle piste pour des systèmes bioinspirés.

L’électronique et l’intelligence artificielle s’inspirent de plus en plus du vivant et, en particulier, de notre cerveau. Il fascine notamment par sa plasticité structurale, c’est-à-dire sa capacité à auto-organiser les réseaux de neurones dans des topologies 3D qui optimisent énormément leur fonctionnement. Cette propriété cruciale repose sur des mécanismes biologiques très complexes, ce qui fait que les tentatives de l’émuler de manière matérielle dans des systèmes électroniques restent encore exploratoires. La transmission de l’information dans ces réseaux est de plus pondérée par les synapses, qui relient les neurones et implémentent la fonction clef de l’apprentissage. Les chercheurs et chercheuses ont développé une technique qui reproduit les croissances dendritiques à l’origine de la structuration de nos réseaux de neurones, tout en émulant le rôle des synapses.

Publié dans les journaux Nature Communications et Advanced Sciences, ce système repose sur le principe de l’électropolymérisation pulsée. Des électrodes en fils d’or sont immergées dans une goutte d’eau, où l’on ajoute ensuite un composé organique appelé EDOT. Les électrodes reçoivent une tension qui provoque l’agglomération de l’EDOT et le soumet à des réactions d’oxydoréduction, ce qui finit par former un polymère : le PEDOT:PSS. Celui-ci forme des dendrites et, grâce à ses propriétés de conducteur électronique et ionique, les structures obtenues se comportent comme des transistors organiques électrochimiques (OECT). Elles peuvent en conséquence moduler les signaux transmis entre deux neurones artificiels connectés par une fibre organique. Il est alors possible de réaliser les fonctions clefs de la plasticité synaptique telles que la plasticité à court terme (STP) et la plasticité à long terme (LTP). Cette approche permet d’envisager une électronique en perpétuelle évolution structurelle, où les concepts de mémoire et d’apprentissage dériveraient davantage de la capacité du réseau à former de nouvelles connexions qu’à un transport figé d’informations.

Source CNRS/INSIS | Référence :
> https://www.nature.com/articles/s41467-021-27274-9