Publié le 12 février 2024 18:31:00. Des chercheurs japonais ont mis au point une intelligence artificielle capable de décoder et d’influencer le comportement animal en temps réel, ouvrant de nouvelles perspectives pour l’étude des interactions sociales et du fonctionnement du cerveau.
- L’IA, baptisée YORU, reconnaît avec une précision supérieure à 90 % différents comportements animaux, allant du partage de nourriture chez les fourmis au toilettage chez les souris.
- Combinée à l’optogénétique, elle permet de contrôler l’activité de neurones spécifiques, modifiant ainsi le comportement de l’animal ciblé.
- Cette technologie représente une avancée majeure par rapport aux méthodes traditionnelles, qui affectaient l’ensemble d’un groupe d’animaux et rendaient difficile l’étude des interactions individuelles.
Imaginez une mouche mâle en pleine parade nuptiale, interrompue net par un flash de lumière verte. Son chant d’amour s’éteint, ses ailes se replient, et la femelle, peu impressionnée, s’éloigne. Ce scénario, qui s’est déroulé en laboratoire, illustre la puissance d’une nouvelle technologie développée par des scientifiques de l’Université de Nagoya, en collaboration avec les universités d’Osaka et de Tohoku. Ils ont créé une intelligence artificielle capable non seulement d’observer et de reconnaître les comportements animaux, mais aussi de contrôler les circuits cérébraux qui les animent.
Les résultats de cette recherche, publiés dans la revue Science Advances, présentent un système d’IA avancé capable d’identifier quel animal adopte un comportement spécifique au sein d’un groupe et de cibler sélectivement les cellules cérébrales de cet animal lors d’interactions sociales. Cette capacité ouvre des perspectives inédites pour comprendre les mécanismes neuronaux qui sous-tendent le comportement social.
YORU (Your Optimal Recognition Utility), le nom de cette IA, reconnaît différents comportements d’une espèce à l’autre avec une précision de plus de 90 %, incluant le partage de nourriture entre les fourmis, l’orientation sociale du poisson zèbre et le toilettage des souris. Mais la véritable percée a eu lieu avec les mouches des fruits, où l’équipe a combiné YORU avec l’optogénétique – une technique qui utilise la lumière pour contrôler les neurones génétiquement modifiés – afin de désactiver les neurones responsables du chant de parade nuptiale, réduisant ainsi le succès de l’accouplement des mâles.
Les méthodes traditionnelles d’analyse comportementale, comparables à la technologie de capture de mouvement utilisée dans les jeux vidéo, suivent les mouvements du corps image par image. Cette approche devient complexe lorsque plusieurs animaux interagissent ou se chevauchent. De plus, les chercheurs avaient besoin d’outils plus rapides pour les expériences en temps réel, où la précision au niveau de la fraction de seconde est cruciale.
« Au lieu de suivre les points corporels au fil du temps, YORU reconnaît des comportements entiers à partir de leur apparition dans une seule image vidéo. Il a repéré les comportements des mouches, des fourmis et du poisson zèbre avec une précision de 90 à 98 % et a fonctionné 30 % plus rapidement que les outils concurrents. »
Hayato Yamanouchi, co-premier auteur de l’École des Sciences de l’Université de Nagoya
Azusa Kamikouchi, l’auteur principal de l’étude, explique que l’innovation majeure réside dans la combinaison de YORU avec l’optogénétique. « Nous pouvons inhiber les neurones impliqués dans la parade nuptiale des mouches dès l’instant où YORU détecte l’extension de l’aile. Dans une expérience distincte, nous avons utilisé une lumière ciblée pour suivre des mouches individuelles et bloquer les neurones auditifs d’une seule mouche, tandis que les autres se déplaçaient librement à proximité. »
Ce contrôle ciblé sur l’individu résout un problème majeur : les méthodes antérieures ne pouvaient éclairer que des espaces entiers, affectant ainsi tous les animaux simultanément et rendant impossible l’étude du rôle d’un individu dans les interactions sociales.
Comment fonctionne la technologie de contrôle cérébral
Étape 1 : Ingénierie génétique
Les scientifiques modifient génétiquement les animaux pour qu’ils possèdent des protéines spéciales sensibles à la lumière (appelées « opsines ») exprimées dans des neurones spécifiques de leur cerveau. Ces protéines peuvent activer ou désactiver les neurones, selon leur type.
Étape 2 : Détection et réponse
• YORU capture le comportement de l’animal en temps réel avec une caméra
• Lorsque l’IA de YORU détecte le comportement ciblé, elle envoie instantanément un signal électrique à une source lumineuse
• La lumière s’allume automatiquement et illumine l’animal ciblé
Étape 3 : La lumière contrôle le cerveau
• La lumière frappe l’animal ciblé et atteint les neurones génétiquement modifiés
• Les protéines sensibles à la lumière réagissent à la lumière en ouvrant un canal ionique sur la membrane des neurones ciblés
• Cela bloque ou active ces neurones spécifiques, modifiant ainsi l’activité cérébrale de l’animal.
• Le comportement est affecté
YORU est compatible avec plusieurs espèces, peut être entraîné pour reconnaître de nouveaux comportements avec un minimum de données d’apprentissage et ne nécessite aucune compétence en programmation. L’équipe de Nagoya a mis YORU à disposition en ligne pour les scientifiques du monde entier qui étudient le contrôle cérébral des interactions sociales : 10.1126/sciadv.adw2109.