Si les yeux humains venaient dans un emballage, celui-ci devrait porter la point out « Produit naturel. Certaines variations peuvent se produire ». Parce que les tens of millions de cellules ganglionnaires rétiniennes qui envoient des signaux au cerveau humain pour interprétation ne fonctionnent pas toutes exactement de la même manière.




Ils sont ce qu'un ingénieur appellerait « bruyant » – il y a une variance entre les cellules et d'un second à l'autre. Et pourtant elle a l'air nette et colorée et on sait ce que c'est.

Les centres visuels du cerveau doivent être capables de filtrer le bruit des cellules rétiniennes pour obtenir le vrai sign, et ces filtres doivent constamment s'adapter aux circumstances de lumière pour garder le sign clair. Les rétines prothétiques et les implants neuraux vont avoir besoin de ce même form de filtrage adaptatif du bruit pour réussir, selon de nouvelles recherches.




« Les neurones du cerveau sont bruyants – ce qui signifie que lorsque le même stimulus est présenté, les neurones ne produisent pas la même réponse à chaque fois », a déclaré Greg Subject, professeur adjoint de neurobiologie à l'Université Duke, qui a co-écrit une nouvelle étude dans Nature Communications avec un collègue canadien sur la façon dont le cerveau compense le bruit visuel.

« Si les interfaces cerveau-device ne tiennent pas compte des corrélations de bruit entre les neurones, elles risquent de mal fonctionner », a déclaré Subject.

Travaillant dans une chambre noire spéciale à l'intérieur du laboratoire de Subject, l'étudiant diplômé de Duke, Kiersten Ruda, a exposé de petits carrés de rétine de rat vivant à des motifs et à des vidéos dans des disorders d'éclairage variables tandis qu'un réseau de plus de 500 minuscules électrodes sous les cellules rétiniennes enregistrait les signaux qui sont normalement envoyés vers le bas. le nerf optique au cerveau.

« Tout cela est fait dans l'obscurité totale à l'aide de lunettes de vision nocturne, afin que nous puissions préserver la sensibilité maximale de la rétine », a déclaré Industry.

Les chercheurs ont fait fonctionner ces impulsions nerveuses via un logiciel au lieu d'un cerveau pour voir à quel stage les signaux étaient variables et bruyants, et pour expérimenter le style de filtrage dont le cerveau aurait besoin pour obtenir un sign clair dans différentes situations de lumière, comme le clair de lune ou la lumière du soleil.

Les systèmes sensoriels comme les yeux, le nez et les oreilles fonctionnent sur des populations de capteurs, car chaque cellule de détection individuelle est bruyante. Cependant, ce bruit est partagé ou « corrélé » entre les cellules, ce qui présente un défi pour le cerveau de comprendre le signal d'origine.

À des niveaux de lumière élevés, l'ordinateur pourrait améliorer le décodage d'environ 20% en utilisant les corrélations de bruit, au lieu de simplement supposer que chaque neurone était bruyant à sa manière. Mais à de faibles niveaux de lumière, cette valeur est passée à 100%.

En effet, des recherches antérieures menées par d'autres groupes ont montré que l'hypothèse d'un bruit non corrigé dans le cortex du cerveau peut aggraver le décodage de 30%. Les recherches de Industry sur la rétine montrent que ces hypothèses entraînent des pertes d'informations encore plus importantes.

« Cela aide à comprendre ce bruit corrélé si vous pensez à un orchestre », a déclaré Fields dans un e-mail. « Tous les membres de l'orchestre jouent un peu désaccordé, c'est le ‘bruit', mais leur désaccord dépend de leurs voisins, c'est la corrélation. Par exemple, tous les violons jouent un peu fort, tandis que les flûtes sont un peu plates et les violoncelles très plats. Une problem majeure en neuroscience a été de savoir dans quelle mesure ce bruit corrélé corrompt la capacité du cerveau à comprendre quelle chanson est jouée.  »

« Nous avons montré que pour profiter de l'avantage d'avoir beaucoup de cellules sensorielles, le cerveau doit savoir remark filtrer ce bruit corrélé », a déclaré Discipline. Mais le problème est encore as well as complexe auto la quantité de bruit corrélé dépend de la quantité de lumière, avec in addition de bruit à des niveaux de lumière inférieurs comme le clair de lune.

En plus d'être des observations difficiles et fascinantes, Discipline a déclaré que les résultats de l'étude indiquent les défis à relever pour les ingénieurs qui espèrent reproduire la rétine dans une prothèse ou dans le form d'implant neuronal qu'Elon Musk a annoncé.

« Pour fabriquer une prothèse rétinienne idéale (un œil bionique), il faudrait probablement incorporer ces corrélations de bruit pour que le cerveau interprète correctement les signaux qu'il reçoit de la prothèse », a déclaré Discipline. De même, les ordinateurs qui lisent l'activité cérébrale à partir d'implants neuraux auront probablement besoin d'un modèle de corrélations de bruit entre les neurones.

Mais ce ne sera pas facile. Discipline a déclaré que les chercheurs n'avaient pas encore compris la composition de ces corrélations de bruit dans le cerveau.

« Si le cerveau supposait que le bruit est indépendant des neurones, au lieu d'avoir un modèle précis de la façon dont il est corrélé, nous montrons que le cerveau souffrirait d'une perte catastrophique d'informations sur le stimulus », a déclaré Field.