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Publié par Jean-Pierre FORESTIER

Notre Mémoire revisitée

 

 

Les propriétés ferroélectriques des protéines ainsi que la synthèse des protéines de mémoire par les astrocytes permettent une revisite de notre mémoire

 

 

La plupart des articles de Notre Mémoire revisitée reprennent des observations récentes, ou anciennes, voire très anciennes, comme la ferroélectricité des protéines.

L’objectif de cette revisite a été de relier ces informations et d’en avoir dégagé plus qu’une synthèse mais aussi des concepts qui élargissent nos connaissances sur notre mémoire.

Une revisite n’étant pas une review, encore moins une review exhaustive, j’ai tout à fait conscience que Notre Mémoire revisitée comporte des lacunes ; et certainement des erreurs, j’espère juste qu’elles ne sont pas trop nombreuses !

Si j’ai réussi à … poser de nouvelles interrogations, mon travail n’aura pas été vain !  

Comme dans les articles précédents, les citations sont en violet, ainsi que les liens avec des documents extérieurs.

Les liens vers de précédents articles de Beauté, Biologie et Philosophie sont en bleu et soulignés

Les neurones transmettent les informations, mais ce sont les astrocytes (des cellules gliales) qui fournissent les protéines de mémoire aux synapses (jonction entre les neurones).

Pas d’astrocyte pas de mémoire

Du point de vue de la biologie de l’évolution d’Homo sapiens, la Révolution Cognitive a pu être une Révolution Astrocytaire.

 

 

La mémoire du blob montre que

- … la mémoire peut exister sans neurone, en dehors de tout neurone

- … du point de vue de l’Évolution, la mémoire a précédé les neurones

 

La mémoire du blob mène vers la voie de l’immunologie.

Selon un système de synthèse de protéines comparable à celui du système immunitaire acquis, la quasi infinie variété des protéines de mémoire permet la quasi infinie variété de la mémoire.

Le système immunitaire inné correspondrait à la mémoire immédiate

La présence de protéines « d’intrinsèquement désordonnées », c'est-à-dire particulièrement plastiques, avait été signalée autour des neurones.

Par leurs charges permanentes et leur grande plasticité, les protéines de mémoire sont ferroélectriques. En s’adaptant au flux neuronal elles enregistrent une modification sous forme de champs électriques. Les protéines de mémoire mettent ce champ électrique en mémoire.

Réciproquement, le champ électrique des protéines de mémoire modifie l’activité du flux électrique neuronal.

À un moment donné et dans un état donné, l’ensemble des protéines de mémoire d’une synapse peut être considéré comme un « objet cognitif ».

Plastiques et flous, ces « objets » peuvent être étudiés selon la logique floue (fuzzy logic).

 

En sur-exprimant sa vision périphérique, Paul Cézanne nous montre que le flou est aisément reconnaissable, que le flou peut être un flou intelligent et un flou qui est mis en mémoire.

Des mémoires vectorielles (5 dimensions, plus une dimension binaire) et floues permettent un emmagasinement de la mémoire dans un volume aussi petit qu’un cerveau.

Les « haut-parleurs » et « microphones » de Mathias Mink pourraient correspondre à la ferroélectricité des protéines de mémoire.

L’écho observé dans un cylindre d’un matériau ferroélectrique permet de considérer chaque protéine de mémoire comme un « compartiment »

 

Plusieurs matériaux biologiques, comme le bois et l’os, ont été reconnus comme possédant des propriétés bio-ferroélectriques

Des polymères synthétiques comme les Nylon, sont aussi des matériaux ferroélectriques

Des nouveaux polymères constitués d’imidazoles substitués ont été proposés comme nouveaux matériaux ferroélectriques

De même que des nanotubes peptidiques auto-organisés

Le temps de latence, entre le signal pré-synaptique et le signal post-synaptique (ou Spike-time-dependent-plasticity), est attribué à la "plasticité" de la synapse.

 Cette plasticité pourrait bien être celle des protéines de mémoire.

Depuis le simple Memristor, jusqu’à la très élaborée « synapse électronique » de nombreux travaux portent sur la création de circuits électroniques bio-inspirés d’une synapse.

Une « synapse biophysique » est proposée.

Bio-inspirée de notre mémoire, elle inclurait :

- un matériau ferroélectrique situé entre les armatures, par exemple du Nylon®

- une jonction « astrocytaire ».

Un réseau de synapses biophysiques permettrait de construire un ordinateur vectoriel ferroélectrique.

 

L’apprentissage peut être considéré comme des modifications récurrentes de la mémoire, c'est-à-dire des modifications d’un champ (ferro)électrique, induites ou aléatoires, et … non reproductibles.

 

Les résultats expérimentaux sont flous :

- aussi bien ceux donnés par les synapses d’hippocampe en culture.

- que ceux donnés par la « synapse électronique »

Prédire l’état précis d’un apprentissage cognitif est une illusion.  

Pour progresser dans la connaissance des phénomènes cognitifs, acceptons le flou et au lieu de chercher une reproductibilité illusoire ...

... utilisons les mathématiques de la Logique floue pour comprendre Notre Mémoire.

 

Résumés des articles de Notre Mémoire

 

Les astrocytes font partie des cellules gliales, c'est-à-dire toutes les cellules qui ne sont pas des neurones

Les astrocytes ont un rôle essentiel dans la mémoire. Pas d’astrocyte pas de mémoire !

Le feuillet astrocytaire qui entoure la synapse perme t une jonction entre les astrocytes et les neurones

La Révolution cognitive d’Homo sapiens est-elle celle de ses astrocytes ?

Ce sont les astrocytes qui mémorisent, pas les neurones.

Les astrocytes apportent les informations (la mémoire) qui sont transmises par le réseau des neurones  

Le contenu d’une information est plus important que le réseau qui la transporte.

Comme « chefs d’orchestre » des fonctions cognitives les astrocytes, produisent les protéines de mémoire et les mettent en contact avec les synapses (jonction entre les neurones).

  Quelles protéines ?

Le blob donne un exemple de mémoire sans neurone.

Par analogie avec le système immunitaire de nombreuses protéines peuvent être synthétisées (par épissage alternatif). Réunies sous forme d’oligomères toriques elles permettraient un nombre de combinaisons quasi infini de toroïdes différents, aussi infini que les informations à mémoriser.

Pour la Structure des protéines, voir l’annexe

Les protéines ont des propriétés ferroélectriques

Des travaux sur la ferroélectricité de l’élastine, une protéine de structure, permet de donner un exemple de ces propriétés, y compris la piézoélectricité et la pyroélectricité.

 

Voir aussi les propriétés générales de la ferroélectricité des protéines

La plasticité des protéines peut se représenter selon qu’elles sont plus ou moins « intrinsèquement désordonnées »

La présence de protéines «intrinsèquement désordonnées » a été observée dans le système neuronal.

Leur plasticité permet aux protéines d’être ferroélectriques.

C’est la plasticité des protéines de mémoire qui confère sa plasticité à la synapse.

 

La sélection des protéines de mémoire à enregistrer se feraient sous l’action du champ électrique associé au potentiel d’action neuronal.

La sélection plastique porterait sur un ensemble de tores protéiques de mémoire ayant statistiquement le même champ électrique (polarisation permanente).

L’ensemble de la population des toroïdes sélectionnés pourrait se comparer à un orchestre.

L’ensemble formé par ces protéines toriques ferroélectriques crée un champ électrique (polarisation) univoque dont l’harmonie peut être comparée à celle d’un orchestre.

Réciproquement, le champ électrique des protéines de mémoire modifierait l’activité du flux électrique neuronal

… et permettrait l’exploitation cognitive des protéines de mémoire, pour aboutir à la complexité des ondes cérébrales.

Le rêve pourrait être une mise en cohérence des ondes parcourant le cerveau au moment du réveil.

Le cerveau gère des « objets cognitifs »

Le cerveau compare des « objets cognitifs » dans un dialogue

Ces « objets » sont plastiques et flous, de plus la plupart correspondent à des mouvements.

La coordination de toutes les comparaisons entre les "objets cognitifs" dans une agora neuro-astrocytaire permet au cerveau de prendre une décision, éventuellement après une nouvelle analyse.

La logique floue (fuzzy logic) pourrait être un bon outil pour mieux comprendre le fonctionnement du cerveau

mais la philosophie serait une première étape particulièrement enrichissante.

Notre cerveau a-t-il besoin d’un visage net pour prendre une décision ?

Tout dépend de la décision à prendre mais dans tous les cas un visage flou peut être suffisant.

 

Le visage peut être complètement flou pour une information sociale très rapide, comme un visage exprimant la peur, la joie, la sérénité.

 

Deux exemples de traitement d’images (par informatique) :

          - rendues floues par compression

          - moyennées à partir de photographies de la même personne dans différentes circonstances et périodes de sa vie  

… montrent qu’il n'est pas nécessaire qu'un visage soit net pour être  analysé par le cerveau et, éventuellement, reconnu.

 

Tout en restant dans le domaine de l’image floue, traitée par une logique floue, la reconnaissance de visage par informatique pourrait être améliorée en optimisant la compression d’images ou, mieux, une reconnaissance dynamique  utilisant des vidéos de visages passant de la joie à la tristesse.

… et le flou intelligent

Les couleurs vibrantes de L’étang Jas de Bouffan de Paul Cézanne sont-elles celles du mouvement, celle du moindre mouvement perçu par la vision périphérique ?

Est-ce un sur-développement de sa vision périphérique qui a permis à Paul Cézanne d’exprimer son style de flou génial ?

La nature que nous avons devant les yeux nous est-elle mieux perceptible quand elle est floue, si ce flou est celui de la vision périphérique ? Est-ce flou que nous mettons en mémoire ?

De simples observations montrent que le « flou périphérique » est aussi un « flou intelligent »

La reconnaissance faciale peut-elle bénéficier d’un floutage de mouvement ?

La vision périphérique apporte-t-elle du relief ? comme j’ai pu l’observer sur/dans Verre et pommes de Cézanne ?

 

Les caractéristiques de la vision latérale et de la vision périphérique sont rappelées dans un chapitre particulier

… ainsi que la vision périphérique dans l’art chorégraphique et 
... dans la conduite automobile.

Le vecteur correspondant au champ électrique des protéines de mémoire permet de paramétrer des données sur cinq dimensions plus une dimension binaire.

 

Des données floues permettent d’intégrer un beaucoup plus grand nombre d’informations que des données « précises »

 

Un espace aussi réduit qu’un cerveau est suffisant pour emmagasiner des données vectorielles et floues.  

 

 

Après un rappel des propriétés ferroélectrique, y compris la piézoélectricité, les « élucubrations » de Mathias Mink ...

... sont reprises pour associer ses « haut-parleurs » et « microphones » à la ferroélectricité aux protéines de mémoire.

L’écho qui apparaît dans un cylindre d’un matériau ferroélectrique (du nobiate de lithium) met en évidence l’importance de la compartimentation, ...

... comme celle qui sépare chaque protéine de mémoire.

L’ensemble des protéines de mémoire serait comparable à un orchestre.

La perte de mémoire du cylindre par une augmentation de température est-elle semblable aux modifications biologiques qui peuvent modifier l’agencement des protéines de mémoire ? 

Plusieurs matériaux biologiques ont été reconnus comme possédant des propriétés bio-ferroélectriques.

Le bois (d’un piano, d'un violon) et l’os (d’un tibia) sont des matériaux ferroélectriques.

Les os du crane sont les microphones pour l’ouïe, les os de la mâchoire, des haut-parleurs pour des chanteurs lyriques.

Des polymères synthétiques comme les nylons, sont d’excellents matériaux ferroélectriques

Des nouveaux polymères organiques ferroélectriques ont été proposés.

L’un d’eux, nous rapproche des protéines puisqu’il est flexible et constitué d’imidazoles substitués, or le noyau imidazole est la « partie active » d’un acide aminé protéinogène : l’histidine.

Cette activité est connue dans le site actif de nombreuses enzymes.   

L’exotisme de ses propriétés des polymères d’imidazoles substituées anticipe-t-elle celui des protéines de mémoire ?  

De très exotiques nanotubes peptidiques seraient-ils une nouvelle étape vers une ...

...mémoire bio inspirée ?

Un retard, un temps de latence, entre le signal d’entrée (pré-synaptique) et le signal de sortie (post-synaptique) a été observé.

Cette latence est attribuée à la plasticité de la synapse, elle pourrait bien être conférée par la plasticité des protéines de mémoire mises en contact avec la synapse par le pied astrocytaire

Sans en décrire la cause, Hebb avait postulé que la trace mnésique était renforcée par la répétition de stimulations.  

Ce « renforcement des synapses » serait l’aboutissement par un empilement des retards en sortie, provoqué par une succession suffisamment rapide de signaux.

De nombreux travaux portent sur la création de circuits électroniques bio-inspirés à partir d’une synapse.

Le plus simple est le Memristor, le plus élaboré pourrait bien être la « synapse électronique » contenant un matériau ferroélectrique entre ses armatures.

Une synapse biophysique bio-inspirée de notre mémoire inclurait une jonction astrocytaire.

Le signal électrique biophysique serait modifié

- par la proximité des champs électriques générés par le matériau ferroélectrique situé entre les armatures..

- par un signal astrocytaire biophysique

Des réseaux biophysiques incluraient à la fois des circuits de neurones et des circuits parallèles d’astrocytes

Un réseau de synapses biophysiques permettrait de construire un ordinateur vectoriel ferroélectrique. 

L’apprentissage peut être considéré comme une phase de modification de la mémoire.

Le signal neuronal modifie le champ électrique des protéines de mémoire, ou du matériau ferroélectrique situé entre les armatures…

… et réciproquement

… et ces modification se renouvellent à chaque nouveau signal. ,

À ces modifications réciproques peut s’ajouter des « interventions » de l’astrocyte

… et les modifications aléatoires propres à tout matériau plastique.

Comme celui des philosophes, l’apprentissage mnésique est sans fin.

Prédire l’état d’un apprentissage à un temps donné et dans une synapse donnée est impossible.   

Une certaine stabilisation correspond à une mémoire à long terme, mais en général les signaux de sortie ne sont ni prédictibles ni reproductibles.

Les résultats expérimentaux donnés par les synapses d’hippocampe sont flous, comme sont flous les résultats expérimentaux donnés par la « synapse électronique »

Pour progresser dans la connaissance des phénomènes cognitifs, acceptons le flou et au lieu de chercher une reproductibilité illusoire...

... utilisons les mathématiques de la Logique floue pour Notre Mémoire

La complexité du cerveau nous projette dans l’étrangeté et le mystérieux.

Un probabilisme dans le cognitif a déjà été observée dans les années soixante.

Un vecteur ferroélectrique serait-il « quantique » quelque soit le matériau qui forme ce vecteur? dans ce cas il serait « quantique » à la température du corps !

Faudra-t-il inventer une « physique du mnésique » ? La biologie se situerait-elle à la frontière entre la physique quantique et la physique classique ?

Une physique de la ferroélectricité sera-t-elle celle de notre mémoire ? comme pourrait le suggérer le « memcomputing » ?

Les protéines de mémoire sont-elles capables de « stabiliser » des spins électroniques intriqués, que le passage d’un influx nerveux suffisant modifierait ?

Les étranges superpositions dont notre cerveau est capable sont-elles quantiques ? de même que la détection des odeurs.