Dramatisation: un témoin est interrogé à la commission Charbonneau. La région de son cerveau dédiée à la reconnaissance sonore a bel et bien entendu la question. Les régions rattachées au souvenir s'activent. Il connaît la réponse. Les régions du cerveau consacrées à lui donner un regard fuyant prennent le relais...

Intrigant. Mais pourquoi les fonctions différentes (la vue, l'ouïe, etc..) s'expriment-elles dans des sections différentes du cerveau? Pourquoi ce cerveau effaré ne s'active-t-il pas uniformément? Des chercheurs américains et français (Jeff Clune, Jean-Baptiste Mouret et Hod Lipson [1]) ont trouvé réponse à cette question: via la sélection naturelle, seuls les réseaux de neurones les moins coûteux à produire et les plus efficaces survivent. Étonnamment, cette seule sélection suffit pour que des réseaux organisés en groupes soient priorisés!

Précisons que l'hypothèse de ces chercheurs fait toujours face à d'autres hypothèses concurrentes et crédibles. Leur grande réussite est d'avoir su démontrer que leur hypothèse, seule, élucide cette question irrésolue depuis des lustres.

Pour tester leur hypothèse, ils ont utilisé un réseau de cellules virtuelles très simplifiées dont le devoir était d'évaluer si une image virtuelle contenait ou non un dessin précis. En créant ou en supprimant de nouvelles cellules ou en modifiant au hasard les liaisons entre elles, des résultats différents étaient obtenus. Seuls les arrangements les plus efficaces étaient conservés. Un coût était également estimé selon le nombre de cellules et de connexions construites.

Et voilà. Le modèle, volant de son plein gré au rythme de ces variations, s'est promptement organisé en régions distinctes. Exemple vidéo à l'appui, qui compare la prise en compte des coûts:

Hyperlien vidéo ⏯

Enfin, cette logique de sélection s'appliquerait à d'autres phénomènes biologiques, en plus des réseaux neuronaux! Les chercheurs suggèrent des exemples tels que la régulation des gènes et les interactions entre protéines.

Comme le notent les auteurs de la recherche, une telle organisation en groupes spécialisés est déjà utilisée en ingénierie: il est ainsi plus facile de modifier un circuit en changeant certaines parties distinctes (exemple: une carte son dans un ordinateur). Cette logique assez simple nous dévoile une autre part de la vie régulée par les mathématiques. Ce n'est pas par coïncidence, d'ailleurs, que j'ai attrapé cette nouvelle sur ce thème, car l'invitée de la semaine à la Grande Équation est la professeure de mathématiques Christiane Rousseau (UdeM) et instigatrice de l' «Année internationale des mathématiques», dont un volet porte entièrement sur les mathématiques de la vie!

En plus de vous convier à écouter cet épisode fascinant, je vous invite à vous informer à propos des conférences grand public , données tout au long de l'année dans le cadre de l’événement, patronné par l'UNESCO.

Question? Commentaire? Il me fera plaisir d'y répondre!

Marc-André Miron pour La Grande Équation

Merci à la Fondation familiale Trottier et au Fonds de recherche du Québec pour leur contribution à la production de cette émission.

[1] "The Evolutionary Origins of Modularity," Proceedings of the Royal Society B, Jan. 30, 2013