Bioneurologie
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Comprendre simplement
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La petite histoire  Up Page
Origine, raisons, hasard

Comprendre simplement  Up Page
Des tissus organiques dans votre PC
A l'avenir, le long de la boite métallique qu'est votre PC, vous pourriez très bien trouver un petit tube de tissu vivant. Pour des tâches particulièrement spécifiques, impliquant des problèmes complexes ou non linéaires, que vos circuits inorganiques trouvent décourageants, cette boîte de matière vivante pourrait s'avérer être la meilleure alternative.
C'est en effet le but affirmé de ce projet (juillet 2004) de 1.2 million de livres Sterling (1.8 million d'euros), étalé sur quatre ans, mené par les universités de West England (UWE), Leeds et Sussex. Dr Larry Bull, responsable du projet et membre de l'UWE, explique que depuis une cinquantaine d'années, de nombreuses recherches ont été menées sur ce type de systèmes à comportement complexe, avec une relative réussite. L'idee est de copier les structures qui existent dans la nature, comme les réseaux de neurones, plutôt que de tenter d'écrire des algorithmes de plus en plus complexes. La premiere étape sera de développer des circuits logiques simples, telles que des portes "ET" et des portes "OU". Avec ce genre de systèmes, les chercheurs espèrent résoudre les difficultés rencontrer par les circuits traditionnels en silicone. Larry Bull ajoute que, selon lui, les futurs ordinateurs pourraient être équipés de cette boîte organique, une boîte qu'il faudrait nourrir à l'aide d'un cocktail chimique, afin de la mettre à jour régulièrement. Le rôle de cet appareil ne serait bien sur pas d'accueillir un système d'exploitation, mais d'être utilisé comme puissance de calcul périphérique.

Domaines de présence  Up Page
Hybrot
Steve Potter, professeur de biomedical engineering au Georgia Institute of Technology, a mis au point un petit robot dont le comportement (encore élémentaire) présente l'originalité d'être contrôlé par une puce incorporant des neurones de rat. Ce robot, nommé Hybrot, présente pour son inventeur l'avantage de tester de futurs ordinateurs intégrant des neurones vivants et susceptibles de computations complexes non réalisables par les ordinateurs classiques binaires.
Ils pourraient aussi s'évaluer et s'auto-réparer. Dans le prototype, les neurones de rats conversent entre eux et produisent des informations en sortie recueillies par des électrodes. Ils peuvent à l'inverse recevoir des données de l'extérieur. Les neurones acquièrent ainsi de l'expérience et développent des capacités de plus en plus intelligentes. Les applications pratiques de tels systèmes sont jugées considérables.
 
Gordon
A l'aide d'une solution chimique et d'électrodes (MEA de 60 électrodes), les chercheurs ont réussi à créer des connexions entre ces neurones au départ désassemblés, aboutissant ainsi à l'équivalent très simplifié d'un cerveau capable d'apprendre certains comportements.
 
"Dans les 24 heures, des connexions ont poussé entre les neurones qui étaient séparés, formant un réseau comme dans un cerveau normal", explique Kevin Warwick.
"Et en une semaine il s'est produit des impulsions électriques spontanées et ce qui paraissait être une activité de cerveau ordinaire".
 
Les cellules nerveuses, sont placées sur le fond du Multi Electrode Array (MEA). Elles développent entre elles des liens les unes avec les autres.
Les électrodes intégrées dans le substrat permettre l'enregistrement discrets de signaux électriques produits par les cellules.
 
Vue au microscope: les cellules (de forme irrégulière) se développent sur le tapis d'électrodes (MEA), créant des connexions entre elles. L'enregistrement de l'activité électrique est assurée par les électrodes (grand cercle noir).

 
Ce "cerveau" produit des impulsions électriques, reliées au robot par des électrodes, ce qui lui permet de contrôler son fonctionnement: "Nous lui avons déjà donné un certain apprentissage par répétition, puisqu'il reproduit certaines actions", explique le chercheur. "Plus le cerveau enregistre de stimulations, plus les connexions entre les neurones se renforcent. Gordon a ainsi appris, par exemple, à contourner des obstacles, à éviter un mur."
Selon le savant, 50.000 à 100.000 neurones sont aujourd'hui en activité dans le cerveau de Gordon. A titre de comparaison, un rat en possède au plus un million, et un homme environ 100 milliards.

Son interprétation dans l'avenir  Up Page
Quand l'ADN remplace l'électronique
Ehud Shapiro et ses collègues de l'Institut Weizmann, à Réhovot, ont fabriqué en 2001 un ordinateur dans lequel l'ADN remplace la traditionnelle puce en silicium. Pour cela, ils se sont servis d'un alphabet de quatre lettres, A, G, C et T, qui correspondent aux quatre molécules, dont l'enchaînement forme la molécule d'ADN. Ces quatre lettres remplacent les 0 et 1 utilisés en informatique. Un microprocesseur classique reçoit et envoie des informations, codées en langage binaire, par du courant électrique. 1 signifie que le courant passe et 0 qu'il ne passe pas.
 
Dans cet appareil, les enzymes font office de circuits électroniques. Elles coupent les séquences d'ADN quand apparaît une séquence spécifique composée des quatre lettres. La machine ainsi créée peut effectuer un calcul mathématique très simple avec mille milliards de chiffres. Toutefois, l'objectif d'Ehud Shapiro n'est pas de concurrencer l'informatique, afin de résoudre des problèmes mathématiques archi-complexes, mais de maîtriser la biologie.
 
Les chercheurs, dont les travaux sont parus dans les revues Science du 23 novembre 2001 et Nature du 29 novembre 2001, souhaitent construire un appareil microscopique, qui fonctionne avec un logiciel d'ADN et qui fabrique des molécules biologiques sur demande. Selon eux, à très long terme, cette nanotechnologie permettrait d'analyser des gènes et de synthétiser des molécules thérapeutiques. Cependant il reste encore beaucoup de chemin à parcourir, car l'ordinateur fabriqué n'accomplit encore qu'une tâche très simple.
Le premier ordinateur à ADN est né en 1994. Son inventeur est un mathématicien américain du nom de Léonard Adleman.

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Automates Intelligents 17 aoucirc;t 2008
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Activation et inhibition des cellules nerveuses grâce à la lumière

En collaboration avec l'Université Stanford aux Etats-Unis, des scientifiques de Francfort et de Wurzburg ont développé en avril 2007 un outil grâce auquel des cellules nerveuses, intactes dans un tissu, peuvent être stimulées puis inhibées en quelques millisecondes.
 
Comme "interrupteurs", les scientifiques ont choisi un canal ionique (Channelrhodopsin-2, ChR2), issu d'une algue photosensible et activé par la lumière bleue, ainsi qu'une pompe à protons ( Natronomonas pharaonis Halorhodopsin, NpHR), identifiée chez l'archéobacterie saharienne Natronomonas pharaonis, activée par la lumière jaune. Ces deux protéines font partie de la classe des rhodopsines microbiennes dans lesquelles on retrouve, comme pour la rhodopsine humaine, le chromophore rétinien. Les gènes codant pour ces deux pigments protéiques microbiens ont été transférés dans des motoneurones du nématode Caenorhabditis elegans et les protéines fonctionnelles ont pu être exprimées. En modifiant la longueur d'onde de la lumière excitatrice, les rhodopsines sont activées de manière spécifique. Ainsi, les chercheurs ont pu successivement stimuler (lumière bleue) et inhiber (lumière jaune) les cellules nerveuses, provoquant respectivement une contraction puis un relachement musculaire chez le nématode.
 
Puisque le système NpHR/ChR2 peut être génétiquement adressé à des neurones d'une classe spécifique ou à d'autres cellules excitables impliquées dans des maladies, la capacité d'utiliser la lumière pour inhiber ou activer des neurones peut avoir des applications pratiques en thérapie de précision, dans le cas de la maladie de Parkinson, par exemple.