Von Neumann L’ordinateur et le cerveau

Points de repère

Plus loin

L’ordinateur et le cerveau ( 1958 ).

Source « L’ordinateur et le cerveau », suivi de « les machines molles de Von Neumann », 1992.

John Von Neumann est mathématicien hongrois. Il fut l’un des fondateurs des neurosciences ( modélisation du cerveau par les mathématiques ), l’informatique, et l’investigation physico-chimique. On lui doit la construction de la théorie de l’informatique ( appelée architecture de Von Neumann ), qui distingue le hardware ( quincaillerie ) et le software ( logiciel ).

Dans ce texte, Von Neumann s’intéresse au matériel, le fonctionnement microscopique réel du cerveau. Von Neumann compare ici la structure du cerveau et celle de l’ordinateur. Dans ses similitudes et différences. On n’abordera pas ici les comparaisons chiffrées ( en capacité de traitement, et en volume de composants  électroniques des transistors) puisqu’elles ont largement évoluées depuis l’écriture du texte.

Description simplifiée des fonctions du neurone.

« Le composant de base est la cellule nerveuse, le neurone. Sa fonction est d’engendrer et de propager un influx nerveux. Ce processus d’influx comporte une variété d’aspects : électriques, chimiques, mécaniques.

La cellule nerveuse consiste en un corps dont partent directement ou indirectement un ou plusieurs branches. Ces branches sont appelées axones de la cellule.

L’influx nerveux est un changement continu, qui se propage habituellement à une vitesse fixe, le long de l’axone : la perturbation électrique a un potentiel de l’ordre du 50 mVolt, et d’une durée environ d’1 ms. »

Il ne s’agit pas que de perturbation électrique, mais aussi de changement :

–         Chimique : la constitution du fluide intercellulaire change.

–         Electro chimique : les propriétés des parois de l’axone, la membrane, change : conductivité, perméabilité.

–         Mécanique : les changements des différentes perméabilités ioniques produisent une réorientation de ses molécules ( par des changements mécaniques ).

« Ces changements sont réversibles : quand l’influx a passé, toutes les conditions qui prévalent le long de l’axone et toutes ses parties constituantes reviennent à leurs états initiaux ».

Tous ces changements ont lieu à l’échelle moléculaire ( l’épaisseur de la membrane de quelques dizièmes de micron 10-5 cm ), et les distinctions chimiques, électriques et mécaniques peuvent se confondre et interagir entre eux.

Le processus de stimulation.

Le processus d’induction ( la stimulation d’un influx nerveux ) peut réussir ou échouer. « Si elle échoue, une perturbation passagère se produit d’abord, mais après quelques millisecondes, elle s’éteint. Dans ce cas, il ne se propage pas de perturbations le long de l’axone. Si elle réussite, la perturbation prend très vite une forme standard, et c’est sous cette forme qu’elle se propage le long de l’axone. Les récepteurs de stimulations sont appelés dendrites. La stimulation lorsqu’elle vient d’une autre impulsion émane d’une terminaison spéciale de l’axone, la synapse.

Caractère digital de l’impulsion.

« Il est clair qu’on peut considérer les impulsions nerveuses comme des marqueurs ( à 2 valeurs ) au sens discuté précédemment : l’absence d’une impulsion représente alors une valeur ( disons le chiffre binaire 0 ) ,et la présence d’une impulsion l’autre valeur ( disons le chiffre binaire 1 ).

« Le neurone est donc un organe qui reçoit et émet des entités physiques définies, les impulsions. En règle générale, cette impulsion est conditionnelle, c’est-à-dire que seules certaines combinaisons et synchronismes d’impulsions primaires de ce type stimulent l’impulsion secondaire en question. Sinon il n’émettra rien. Cette description correspond à toute évidence à celle du fonctionnement d’un organe dans une machine digitale.

Stimulation par d’autres impulsions nerveuses.

La sortie normale d’un neurone est l’impulsion nerveuse standard. Elle peut être induite par diverses formes de stimulation, y compris par diverses formes de stimulations, y compris d’une ou d’autres impulsions venues d’autres neurones. D’autres sources possibles de stimulation sont les phénomènes du monde extérieur, auxquels le neurone est sensible ( comme la lumière, le son, la pression, la température ), et les changements physiques et chimiques intervenant dans l’organisme à l’endroit où le neurone se trouve stimulé.

Logiques élémentaires ET / OU.

Si un neurone entre en contact par les axones de 2 autres neurones ( par l’intermédiaire de leurs synapses), et si la condition minimale de stimulation de ce neurone est qu’interviennent 2 impulsions simultanées, alors nous dirons que ce neurone est en fait un organe conjonctif ( ET ) : il effectue l’opération logique de conjonction ( verbalisé par « et » ), puisqu’il ne répond que quand ses stimulateurs sont simultanément actifs. Si, d’un autre côté, la condition minimale est seulement l’arrivée d’une impulsion (au moins), le neurone est un organe disjonctif ( ou ) , c’est-à-dire qu’il effectue l’opération logique de disjonction ( verbalisé par « ou ») ; puisqu’il répond quand l’un ou l’autre de ses stimulateurs est actif.

« et » et « ou » sont les opérations de base de la logique. Avec l’opérateur « non », elles permettent de déduire toutes les autres opérations logiques.

Une stimulation plus complexe, limite du cerveau à l’ordinateur.

Van Neumann précise lui-même que ce fonctionnement est simplifié, et une idéalisation de la réalité.

« Certaines neurones ont des synapses avec les axones de nombres autres neurones. Dans certaines circonstances, plusieurs axones issus d’un seul neurone forment des synapses sur un autre. On voit donc que les stimulateurs possibles sont nombreux, et que les structures de stimulation susceptibles d’être efficaces doivent être définies de manière plus complexe que dans les schémas de « et » et « ou » décrits ci-dessus.

S’il y a de nombreuses synapses sur un neurone :

1.      Le neurone réagira s’il reçoit un certain nombre minimal d’impulsions nerveuses ( pas forcément 2 dans le cas de « et »).

2.      Le neurone réagira en fonction des relations spatiales de ces synapses, en fonction qu’elles couvrent certaines zones, comme le corps du neurone, ou son système dendritique. Le seuil comme la présence d’un ensemble simultané d’impulsions stimulatrices n’est pas défini uniquement comme un nombre minimal à franchir, mais plus complexe.

3.      Récepteurs externes / internes.

La stimulation des récepteurs peut être l’intensité minimale de l’agent stimulant ( intensité minimale de la lumière, augmentation de la température ).

Cependant il ne s’agit pas de niveau minimal qui entre en jeu, mais à un changement.

Exemple du nerf optique : de nombreux neurones répondent à un changement d’éclairage ( dans certains cas de la lumière à l’obscurité ) et non à l’intensité minimale de la lumière. C’est l’augmentation ou la diminution qui fournit le critère de simulation ( id est la valeur de sa dérivée et non sa valeur ).

4.      Au-delà de l’aspect digital du cerveau humain, certaines complexités jouent aussi du cerveau humain ; certaines complexités jouent ainsi un rôle analogique, ou en tout cas « mixte ». Des effets électriques globaux peuvent influencer le fonctionnement du système nerveux. « Il se pourrait que certains potentiels électriques généraux jouent un rôle important et que le système réponde globalement aux solutions des problèmes potentiels théoriques.. Problèmes moins élémentaires que par des critères digitaux explicités plus hauts ». Néanmoins, comme le système nerveux est d’abord digital, de tels effets, s’ils sont réels, interagiraient probablement avec des effets digitaux. De sorte que l’on se trouverait en présence d’un système « mixte » plutôt qu’un système purement analogique ou digital.

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7 Commentaires

Classé dans Technique informatique, Textes essentiels

7 réponses à “Von Neumann L’ordinateur et le cerveau

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  2. Cet que dit cet article de base est sans doute devenu paradigme. Mais il ne s’agit que de hardware, l’aspect extérieur, visible et explicable scientifiquement du cerveau. Cest l’aspect corpusculaies au sans de la dualité onde-corpuscule de Bohr. Le vrai software, le cerveau esprit (âme?), l’aspect ondulatoire et infini, n’est pas visible extérieurement, mais seulement intérieurement. Je le vois comme la fonction d’onde psi, qui n’existe qu’à l’état de superposition (quantique) et dont l’effondrement donne le visible, la matière, l’univers et….le cerveau hardware.

  3. Cet que dit cet article de base est sans doute devenu paradigme. Mais il ne s’agit que de hardware, l’aspect extérieur, visible et explicable scientifiquement du cerveau. Cest l’aspect corpusculaire au sans de la dualité onde-corpuscule de Bohr. Le vrai software, le cerveau esprit (âme?), l’aspect ondulatoire et infini, n’est pas visible extérieurement, mais seulement intérieurement. Je le vois comme la fonction d’onde psi, qui n’existe qu’à l’état de superposition (quantique) et dont l’effondrement donne le visible, la matière, l’univers et….le cerveau hardware.

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