15 Neural Codes In The Brain

Summary

John Von Neumann, pionnier des sciences et mathématiques, a exploré les similitudes entre le cerveau humain et les ordinateurs lors de ses conférences à Yale. Bien que la biologie du cerveau diffère considérablement de l'électronique des ordinateurs, les deux traitent l'information de manière similaire. Le cerveau, cependant, utilise beaucoup moins d'énergie. Von Neumann a envisagé des questions sur la mémoire, les limites de l'information traitée par nos sens, et l'impact de la théorie de l'information sur la compréhension du cerveau. Des approches 'haut en bas' et 'bas en haut' se complètent pour élucider ces mystères.

Takeaways

• 😀 Von Neumann a choisi d'explorer l'analogie entre l'ordinateur et le cerveau, soulignant qu'ils traitent tous deux des informations, mais avec des différences fondamentales dans leurs composants.
• 😀 Le cerveau consomme beaucoup moins d'énergie que les ordinateurs. Par exemple, le cerveau humain fonctionne avec environ 15 watts, alors que l'ENIAC utilisait 150 000 watts.
• 😀 Il existe deux approches principales pour étudier le cerveau : l'approche top-down (comportement) et bottom-up (étude des neurones). Ces approches sont complémentaires.
• 😀 L'approche top-down consiste à observer le comportement d'un individu pour tirer des conclusions sur le traitement de l'information dans le cerveau, tandis que l'approche bottom-up analyse les signaux neuronaux à l'échelle individuelle.
• 😀 L'étude des systèmes sensoriels, comme la perception auditive, peut être réalisée à travers des expériences de conditionnement, où les animaux apprennent à répondre à des signaux sonores.
• 😀 En 1956, le psychologue George Miller a publié son étude sur les limites de la capacité humaine à traiter des informations, introduisant le concept de 'sept plus ou moins deux'.
• 😀 L'expérience de Miller a montré que les humains peuvent distinguer entre 7 (plus ou moins 2) stimuli dans un domaine sensoriel donné, que ce soit des tons, des sons, ou des positions visuelles.
• 😀 Selon la théorie de l'information de Shannon, la capacité de traitement de l'information d'un individu (par exemple, distinguer des tons) peut être mesurée en bits, et les erreurs augmentent à mesure que le nombre de stimuli augmente.
• 😀 Les expériences sur la capacité humaine à distinguer des stimuli montrent que la capacité de traitement est limitée, même si la perception semble plus précise dans certains cas (comme l'audition).
• 😀 Miller a montré qu'avec des stimuli à plusieurs dimensions (par exemple, variation de hauteur et de volume des sons), la capacité de traitement augmente légèrement, mais reste limitée par rapport à la distinction de stimuli unidimensionnels.
• 😀 Les travaux de Von Neumann et Miller ouvrent la voie à une compréhension plus approfondie de la manière dont les informations sont traitées dans le cerveau, en combinant des concepts des neurosciences et de la théorie de l'information.

Q & A

Pourquoi John von Neumann a-t-il choisi de parler de l'ordinateur et du cerveau lors de ses conférences à Yale ?

John von Neumann a choisi ce sujet car il voulait explorer les similitudes et les différences entre le fonctionnement des ordinateurs et du cerveau, deux systèmes capables de traiter et de stocker de l'information, mais avec des mécanismes et des capacités très différents.

Quelles sont les principales différences entre le cerveau humain et un ordinateur, selon von Neumann ?

Les composants de base du cerveau, les neurones, sont beaucoup plus lents et moins précis que les composants électroniques des ordinateurs. Cependant, le cerveau possède des milliards de neurones qui fonctionnent simultanément et consomme beaucoup moins d'énergie (15 watts contre 150 000 watts pour l'ENIAC).

Quelles questions intéressantes posent les similarités entre le cerveau et l'ordinateur ?

Les similitudes entre le cerveau et l'ordinateur soulèvent des questions sur la quantité d'information que nos sens nous fournissent, le code neuronal des signaux électrochimiques entre les neurones, la façon dont la mémoire est stockée, et la capacité de mémoire du cerveau.

Pourquoi von Neumann n'a-t-il pas donné ses conférences à Yale ?

Von Neumann est décédé en 1957 avant de pouvoir donner ses conférences à Yale. Le manuscrit qu'il avait préparé est resté incomplet et a été publié plus tard.

Comment peut-on approcher l'étude de l'information dans le cerveau ?

Il existe deux approches principales : la méthode descendante (top-down), qui commence par l'étude du comportement des sujets (humains ou animaux) pour déduire les processus cérébraux, et la méthode ascendante (bottom-up), qui commence par l'étude des neurones individuels et de leurs interactions.

Quel est l'objectif de l'approche top-down en neurosciences ?

L'objectif de l'approche top-down est de comprendre comment le cerveau perçoit et traite les stimuli externes en observant le comportement d'un sujet, comme dans les expériences sur la perception du son.

Qu'est-ce que George Miller a découvert dans ses recherches sur la capacité de traitement de l'information humaine ?

George Miller a découvert que la capacité humaine à traiter l'information est limitée, estimant que nous pouvons distinguer environ sept stimuli différents, plus ou moins deux. Cela représente la capacité de traitement de l'information dans des tâches simples de perception.

Que signifient les résultats de l'expérience de Miller sur la capacité de traitement des stimuli ?

Les résultats montrent que, lorsque le nombre de stimuli augmente au-delà de la capacité de traitement de l'information (environ 2,5 bits pour les tons), des erreurs apparaissent. Cela suggère que notre système neuronal a une capacité limitée pour distinguer des stimuli complexes.

Quels autres types de stimuli ont été étudiés par Miller et quel était leur impact sur la capacité de traitement ?

Miller a également testé la capacité à distinguer différents types de stimuli, comme les variations de loudness (intensité sonore) et de localisation visuelle. Ces expériences ont confirmé que nous avons une capacité limitée, qui varie légèrement selon le type de stimulus, avec une capacité optimale autour de 2,5 à 3,25 bits.

Pourquoi la capacité de traitement de l'information est-elle importante dans la compréhension du cerveau ?

La capacité de traitement de l'information nous aide à comprendre les limites et les capacités du cerveau dans le traitement des perceptions sensorielles. Cela peut expliquer pourquoi nous avons tendance à faire des erreurs dans certaines tâches perceptuelles et à traiter l'information de manière plus ou moins efficace selon les contextes.