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Cerveau naturel et intelligence
artificielle: un dialogue vertueux
entre neuroscience et informatique
6e édition des journ...
Partie 1: Top-Down
2 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neurosci...
3 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiqu...
4 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiqu...
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6 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiqu...
7 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiqu...
8 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiqu...
2 differences majeures:
Structure : redondance
Dynamique :
Evolution vs. Design
9 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et i...
10 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
Partie 2: Bottom-Up
11 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuros...
Izhikevich & Edelman, PNAS 2008
12 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux ...
13 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
14 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
15 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
16 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
Credit: Liang Gao, 2017
” la prochaine fois que vous
verrez une jolie image 3D de
nombreux neurones simulés,
pensez "cerveau culte du cargo".
Cett...
19 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
20 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
Plasticité - Au-delà de la rétropropagation
Connectivité - du partage du poids aux réseaux récurrents
Astrocytes - integra...
22 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
23 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
Partie 3:
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27 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
Dumas et al., PLoS ONE 2012
28 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entr...
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30 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
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40 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
41 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
42 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
43 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
Conclusion
44 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et...
45 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
46 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
47 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatiq...
Ph.D @ ICM
Jacqueline Nadel
Jacques Martinerie
Robert Soussignan
Mario Chavez
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Institut Pasteur
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gdumas@pasteur.fr – Extrospection.eu – @introspection
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Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique

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Présentation pour la 6ème édition des jourée NeuroSTIC, Brest, le 6 Octobre 2017

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Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique

  1. 1. Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique 6e édition des journées NeuroSTIC, Brest, 6 Octobre 2017 Guillaume Dumas, Laboratoire de Génétique Humaine & Fonctions Cognitives
  2. 2. Partie 1: Top-Down 2 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06
  3. 3. 3 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 GoogLeNet, a 22 layers deep network
  4. 4. 4 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 "Ce n'est pas un mouvement humain. Je n'ai jamais vu un homme jouer ce geste. C’est tellement beau." Fan Hui, Champion Européen de Go
  5. 5. 5 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Ordinateur neuromorphique TrueNorth Programme de la DARPA SyNAPSE
  6. 6. 6 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06
  7. 7. 7 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 In-Datacenter Performance Analysis of a Tensor Processing UnitTM (Jouppi et al. 2017)
  8. 8. 8 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 “ Une cellule nerveuse est plus qu'un simple organe actif de base (...) Ainsi, toutes les complexités mentionnées ici peuvent ne pas être pertinentes, mais elles peuvent aussi conférer au système un caractère analogique ou un caractère « mixte » ” Von Neumann (1958) The Computer & the Brain
  9. 9. 2 differences majeures: Structure : redondance Dynamique : Evolution vs. Design 9 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06
  10. 10. 10 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Felleman & Van Essen (1991) asimovinstitute.org/neural-network-zoo/ . . .
  11. 11. Partie 2: Bottom-Up 11 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06
  12. 12. Izhikevich & Edelman, PNAS 2008 12 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06
  13. 13. 13 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06
  14. 14. 14 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 “Il y a beaucoup d'avantages pour chaque neuroscientifique parce que nous avons maintenant un nouvel atlas, nous pouvons utiliser des supercalculateurs, nous pouvons prouver nos modèles, une plate-forme Neurorobotics, de nouveaux outils de simulation et ainsi de suite.” Katrin Amunts, HBP Board Member
  15. 15. 15 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06
  16. 16. 16 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 “Le vilain secret est que nous ne comprenons même pas le nématode C. Elegans, qui a seulement 302 neurones” Christof Koch, Allen Brain Institute Chief Scientific Officer “Il y a beaucoup d'avantages pour chaque neuroscientifique parce que nous avons maintenant un nouvel atlas, nous pouvons utiliser des supercalculateurs, nous pouvons prouver nos modèles, une plate-forme Neurorobotics, de nouveaux outils de simulation et ainsi de suite.” Katrin Amunts, HBP Board Member
  17. 17. Credit: Liang Gao, 2017
  18. 18. ” la prochaine fois que vous verrez une jolie image 3D de nombreux neurones simulés, pensez "cerveau culte du cargo". Cette simulation ne va pas penser plus que les avions du culte du cargo vont voler. ” 18 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Credit: The OpenWorm Project Image generated by neuroConstruct)
  19. 19. 19 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Neuroscience-Inspired Artificial Intelligence (Hassabis et al. Neuron 2017) A Intuition des lois physiques (Battaglia et al., 2016) B compréhension de scène par modèles génératifs (Eslami et al., 2016) C Apprentissage non-supervisé des propriétés intrinsèques d’objets (Higgins et al., 2016) par factorisation par modèle génératifs profonds (Variational Auto-Encoder [VAE])
  20. 20. 20 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 ”As one would expect from a journal called Neuron, the article was pretty positive about the use of neurons! […] All of these examples seem primarily motivated by the underlying psychology, not the biological implementation. Which is fine! But does that mean that the biology has nothing to teach us?” Adam J Calhoun (@Neuroecology) .
  21. 21. Plasticité - Au-delà de la rétropropagation Connectivité - du partage du poids aux réseaux récurrents Astrocytes - integration de plusieurs échelles de temps Corps - pour obtenir tout seul son ensemble d’apprentissage Oscillations - Temps, attention et calcul sub-liminaire … 21 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06
  22. 22. 22 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 "My view is throw it all away and start again " "I suspect that means getting rid of back-propagation.” "I don't think it's how the brain works""We clearly don't need all the labeled data." Geoffrey Hinton, 2017
  23. 23. 23 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Unsupervised Learning of Visual Features through Spike Timing Dependent Plasticity. Masquelier & Thorpe, PLoS Comp Biol 2007
  24. 24. Partie 3: 24 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06
  25. 25. 25 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Top-Down (SemioticalView) Bottom-Up (InformationalView) Source: lkm.fri.uni-lj.si Neurobiology
  26. 26. 26 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06
  27. 27. 27 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Dumas et al., PLoS ONE 2010
  28. 28. Dumas et al., PLoS ONE 2012 28 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 + x 2 = Large-scale, anatomically detailed models of the brain allow to perform experiments that are impossible (physically or ethically)
  29. 29. 29 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Dumas et al., PLoS ONE 2012 Normal Shuffle
  30. 30. 30 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Dumas et al., PLoS ONE 2012 FFTBrainAreaSignals Cortical Level Scalp Level Cintra CintraFFTEEGSignals
  31. 31. 31 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Dumas et al., PLoS ONE 2012 Real connectivity facilitate inter-brain synchronization Residual synchronization Information exchanged between the two virtual brains Inter-brainsynchronization
  32. 32. 32 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Kelso, Dumas, & Tognoli, Neural Networks 2013 ExperimentalComputational
  33. 33. 33 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06
  34. 34. 34 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Dumas et al. « The Human Dynamic Clamp » PNAS 2014
  35. 35. 35 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Dumas et al. « The Human Dynamic Clamp » PNAS 2014 ”The Turing test implies only that judges are unable to tell if an agent is a human or a machine, and as such says nothing about the genuineness of the path toward that decision. Here, the Human Dynamic Clamp is a tool to test hypotheses and gain understanding about how humans interact with each other as well as with machines. In the HDC paradigm, exploration of the machine’s behavior may be viewed as an exploration of us as well.”
  36. 36. 36 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Theorie Methodes Models
  37. 37. 37 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Cliques of Neurons Bound into Cavities Provide a Missing Link between Structure and Function (Reimann et al. 2017) Predictability of human EEG: a dynamical approach (Gallez & Babloyantz, Biol. Cybernetics 1991) ”It has been shown previously (Babloyantz et al. 1985, Babloyantz and Destexhe 1986) that the correlation dimension has a saturation region in function of the embedding dimension”
  38. 38. 38 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 «À moins que nos méthodes ne puissent traiter le cas d’un simple processeur, comment pouvons-nous nous espérer que cela fonctionne sur notre propre cerveau? Jonas & Kording 2016 Méthode lésionelle Enregistrement de potentiels d’action Enregistrement du champ électrique
  39. 39. 39 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Hofree et al. Nat. Meth. 2013; Kim, Poline & Dumas BiorXiv 2017 Large Cohort Highly Heterogeneous Genetic Profiles Individuals Clusters Homogeneous Genetic Profiles
  40. 40. 40 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Rolland et al. Cell 2014 Biais social de la matrice d’adjacence Biais biologique du nombre de mutations Systématique Litterature
  41. 41. 41 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Theorie Methodes Models
  42. 42. 42 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Dark Control: A Unified Account of Default Mode Function by Markov Decision Processes (Elvis Dohmatob, Guillaume Dumas, & Danilo Bzdok, BioRxiv 2017)
  43. 43. 43 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Dark Control: A Unified Account of Default Mode Function by Markov Decision Processes (Elvis Dohmatob, Guillaume Dumas, & Danilo Bzdok, BioRxiv 2017)
  44. 44. Conclusion 44 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06
  45. 45. 45 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Top-Down (SemioticalView) Bottom-Up (InformationalView) Source: lkm.fri.uni-lj.si Neurobiology
  46. 46. 46 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06 Top-Down (SemioticalView) Theory Hypothesis Experiment Data Pattern Model Bottom-Up (InformationalView) Méthodologies pour l’analyses de données Heuristiques pour Architectures Cognitives & Algorithmes AI Interactions Humain- Humain & Humain- Machine
  47. 47. 47 • Guillaume Dumas • Cerveau naturel et intelligence artificielle: un dialogue vertueux entre neuroscience et informatique • 2017-10-06
  48. 48. Ph.D @ ICM Jacqueline Nadel Jacques Martinerie Robert Soussignan Mario Chavez Postdoc @ CCSBS Institut Pasteur Collaborators Leonhard Schilbach Benno Schwikowski Danilo Bzdok Elvis Dohmatob Denis Engemann Eva Loth Jumana Ahmad Thomas Bourgeron Jean-Pierre Changeux Thomas Rolland Freddy Cliquet Alexandre Mathieu Yang-Min Kim Roberto Toro Hany Goubran-Botros Richard Delorme Aline Lefebvre Anita Beggiato Anna Maruani J.A. Scott Kelso Emmanuelle Tognoli Gonzalo DeGuzman Armin Fuchs Mengsen Zhang 48 • Guillaume Dumas • The Challenge of Interacting with Others • 29/09/2016 — Aarhus University — Interacting Minds in Collaboration Viviane Kostrubiec Alexandre Lehmann Asaf Bachrach Julien Laroche Erik Maronde Merle Fairhurst Benoît Theuil Hôpital Robert Debré
  49. 49. Merci de votre attention gdumas@pasteur.fr – Extrospection.eu – @introspection

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