Pendant des décennies, la culture populaire a présenté notre prise de décision comme un combat en cage entre le « cerveau logique » cool et rationnel et le « cerveau reptilien » impulsif et ancien. Mais selon de nouvelles recherches, c'est à peu près aussi précis que les conseils boursiers d'un biscuit chinois.

Nabil Imam, professeur assistant à l'École des sciences et de l'ingénierie computationnelles de Georgia Tech et membre du corps professoral de l'Institut des neurosciences, de la neurotechnologie et de la société (INNS), n'adhère pas à la théorie des couches cérébrales des années 50. « Ce n'est pas ainsi qu'un biologiste de l'évolution penserait le problème », a-t-il déclaré, mettant doucement le feu à une métaphore bien-aimée.

L'étude, publiée dans Science Advances, suggère que l'évolution du cerveau ne consiste pas à empiler de nouvelles régions sur d'anciennes comme une tour de Jenga neurologique. Au lieu de cela, il s'agit de câblage - et d'une concurrence féroce pour un espace cérébral limité.

Imam et ses collègues ont comparé des cerveaux biologiques et des réseaux neuronaux artificiels, constatant que l'évolution pourrait allouer l'espace cérébral entre deux stratégies de câblage concurrentes : les cartes spatiales (comme celles du néocortex, qui traitent la vision, le son et le toucher) et les réseaux distribués de type « code-barres » (comme dans le système limbique, qui gèrent l'odorat, la mémoire et l'émotion). Les deux stratégies sont établies avant la naissance, ce qui fait du cerveau moins une ardoise vierge qu'un appartement pré-meublé.

Le système limbique - souvent regroupé paresseusement sous le nom de « cerveau reptilien » - contrôle l'émotion, mais il contient également des régions pour la mémoire, l'odorat, la navigation et la régulation émotionnelle. « Pourquoi les gens regroupent-ils toutes ces différentes régions en un seul grand système ? » s'est demandé Imam. Bonne question, étant donné qu'une théorie des années 70 ne tient pas vraiment la route.

Les chercheurs ont examiné comment le système limbique et le néocortex varient ensemble chez 182 espèces. Ils ont trouvé un schéma clair : lorsqu'une partie du système limbique était relativement grande, les autres régions limbiques l'étaient aussi, tandis que le néocortex rétrécissait. Cela suggère une expansion coordonnée, et non une évolution indépendante.

Pour tester ce qui motive cela, ils ont utilisé des modèles d'IA. Les réseaux avec des connexions spatiales localisées excellaient dans la vision, le son et le toucher, tandis que les réseaux distribués de type « code-barres » étaient meilleurs pour l'odorat et la mémoire. Ensuite, ils ont créé un réseau multimodal où les deux systèmes se disputaient le « terrain ». Lorsque l'environnement simulé récompensait l'odorat, le système distribué s'étendait et le néocortex rétrécissait ; lorsque la vision était favorisée, l'inverse se produisait.

Ce compromis explique des bizarreries du monde réel : le tatou à neuf bandes, une créature dépendante de l'odorat, possède un grand système limbique, tandis que le singe écureuil, qui dépend de la vision, a un cerveau à prédominance néocorticale.

Les implications dépassent la biologie. Si les ingénieurs peuvent imiter cette architecture pré-câblée dans l'IA, ils pourraient construire des systèmes qui apprennent davantage comme les cerveaux biologiques, nécessitant moins de données et d'énergie. « Les réseaux neuronaux artificiels d'aujourd'hui sont entraînés par d'énormes quantités de données - c'est une question de nurture », a déclaré Imam. « Mais le cerveau n'est pas une ardoise vierge... C'est un mélange de nature et de nurture, et la nature est cette architecture pré-câblée. »

Ce travail, une collaboration avec l'Université Cornell et soutenu par la National Science Foundation, suggère que l'évolution du cerveau consiste moins à gravir une échelle de logique qu'à déplacer des ressources dans un bras de fer neuronal. Et c'est une métaphore derrière laquelle nous pouvons nous ranger.