Neurosciences computationnelles: de la "bosse des maths" aux "maths dans les bosses"
— Demian Battaglia
14 octobre 2022 - 16:00Salle de conférences IRMA
On dit de quelqu'un qu’il a la «bosse des maths» quand il est particulièrement à l'aise dans les calculs. Cette expression curieuse tire ses origines de la phrénologie, une des premières théories à postuler l'existence d'une localisation des fonctions au sein du cerveau. Aujourd'hui nous ne croyons plus que la sur-activation d'une région cérébrale fasse enfler la parties du crâne qui la recouvre en donnant origine à une bosse, cependant nous continuons à utiliser des méthodologies avancées comme la résonance magnétique fonctionnelle pour identifier de façon très fine les zones anatomiques associées à nos capacités mathématiques et de calcul. Pourquoi les corbeaux ou les abeilles n'ont accès qu'aux "numérosités", mais les hommes aux "nombres"? Pouvons nous observer l'activité du cerveau quand il engendre des calculs et ainsi étudier les fonctionnement intérieur de la bosse des maths?
Une question plus générale, en filigrane aussi dans mes recherches, pourrait être: comment est-ce que des réseaux de neurones échangeant des messages essentiellement binaires peuvent donner origine à la richesse de fonctions qu'on attribue ordinairement à l' "esprit"? Les capacités mathématiques ou linguistiques de l'homme, ou sa conscience, bien sur, mais aussi des capacités plus banales comme la perception, la coordination sensori-motrice, la formation et la récupération de simples souvenirs... Depuis une trentaine d'année, les approches traditionnelles des neurosciences (experimentations psychophysiques, comportementales et cognitives, reconstructions anatomiques, electrophysiologie, imagérie...) sont complétés et augmentés par l'utilisation de méthodes avec une forte composante mathématique: simulations et analyses de systèmes dynamiques, modélisation statistique, théories de l'information et des graphes, méthodes topologiques... Les mathématiques en neurosciences donnent un pouvoir de prédiction: est-ce que une intervention neurochirurgicale va limiter le nombre des crises épileptiques d'un patient? Où devrais-je stimuler le cerveau pour bloquer les tremblements dans la maladie de Parkinson? Elles donnent un pouvoir de description nécessaire, car les distributions des données neuronales sont complexes et impossibles à cerner par des visualisations trop intuitives ou naïves: qu'elle la "forme" des états d'activation cérébrales d'un sujet saine et quelles sont ses "déformations" dans une condition pathologique comme la schizophrénie ou la maladie d'Alzheimer? Pouvons-nous forger un langage mathématique suffisamment expressif pour rendre justice à la complexité structurelle, dynamique et fonctionnelle du cerveau?
Dans mon intervention je ne donnerai pas des réponses à ces questions (car je ne les connais pas), mais j'espère que le dialogue avec des mathématiciens pourra inspirer des nouvelles aventures. Des nombreux résultats prometteurs ont en effet montré que les maths peuvent être utiles à comprendre ce qui se passe à l'intérieur des bosses du cerveau!