Neurophysiologie : circuits neuronaux
Vue d'ensemble

Les circuits neuronaux étudient les assemblages de neurones et leurs interconnexions synaptiques.

Ce terme est une analogie des circuits électroniques.

Les processus fondamentaux de l'activité neuronale sont :

• la conduction de l'influx par les axones,
• la transmission synaptique excitatrice et inhibitrice.

Toutefois, les neurones ne sont pas isolés et fonctionnent en groupes : ces groupes interagissent avec d'autres groupes, i.e. les connexions et les fonctions sont de plus en plus complexes au fur et à mesure qu'on élargit le champ.

Pour que le processus fonctionne parfaitement, l'intégration des données est nécessaire et une hiérarchie doit s'établir pour atteindre les échelons supérieurs par des fonctions comme la pensée, la mémoire…

Groupes de neurones

1. Les neurones, qui se comptent en milliards, sont répartis en groupes qui traitent les informations, selon :

• leur localisation,
• leurs connexions synaptiques,
• les neurotransmetteurs qu'ils utilisent,
• leurs propriétés physiologiques,
• les informations qu'ils traitent.

a. Ces neurones intègrent l'information et la transmettent vers des centres supérieurs qui pourront enclencher des réponses motrices, hormonales.

b. Une assemblée neuronale est un ensemble de neurones dont l'activité est coordonnée lors du traitement ou de la représentation d'une information.

• Contrairement à un circuit neuronal, défini par les connexions entre ses éléments, une assemblée neuronale est définie par leur participation fonctionnelle à une activité commune.
• Sa composition et son activité peuvent varier selon le contexte.

2. En général, la fibre présynaptique se ramifie pour entrer en contact avec plusieurs neurones qui recevront l'influx nerveux.

• Les neurones les plus proches de la fibre présynaptique sont situés dans la zone dite de décharge, i.e. ils peuvent produire des potentiels postsynaptiques (PPS), qui peuvent être excitateurs (PPSE) ou inhibiteurs (PPSI).
• Les neurones les plus éloignés de la fibre présynaptique sont situés dans la zone dite de facilitation, i.e. ces neurones reçoivent des influences synaptiques insuffisantes pour déclencher seules des potentiels d'action, mais qui peuvent augmenter leur probabilité de décharge lors d'autres stimulations.

3. Par contre, les neuropeptides peuvent diffuser pour exciter des neurones hors de la zone de décharge.

Neurobiologie computationnelle et intelligence artificielle

1. Les différents types de neurones et de synapses peuvent accomplir plusieurs sortes d'opérations logiques et de calculs : les sommations neuronales en sont un exemple simple.

• Les différences de longueur et de vitesse de conduction des axones entraînent des délais variables dans l'arrivée des potentiels d'action.
• Ces délais peuvent influencer l'intégration temporelle des informations neuronales.

Le système nerveux peut intégrer les informations issues de plusieurs neurones afin de réduire l'influence des fluctuations individuelles et d'obtenir une représentation plus stable. Cette intégration peut reposer sur des mécanismes statistiques

2. De nombreux scientifiques travaillent à l'heure actuelle sur l'intelligence artificielle (IA), i.e. ensemble des théories et des techniques mises en œuvre en vue de réaliser des machines capables de simuler l'intelligence humaine.

L'IA, qui peut être classée dans les sciences cognitives, fait appel à ( algorithmes d'apprentissage) :

• la neurobiologie computationnelle, qui se fonde sur les circuits neuronaux, basés sur les méthodes d'apprentissage de type probabiliste, comme l'inférence bayésienne, très en vogue à l'heure actuelle dans le codage prédictif et dans les erreurs de prédiction, i.e. différence entre la prédiction et le résultat.
• la logique mathématique,
• l'informatique.

Chaîne neuronale