Les parents ont vu comment les nouveau-nés saisissent leur doigt et le tiennent fermement. Cette réponse presque instantanée est l'un des mouvements involontaires les plus doux que les bébés présentent. Les nerfs du nouveau-né ressentent un contact, traiter l'information et réagir sans avoir à envoyer de signal au cerveau. Bien que chez les gens cette capacité s'estompe très tôt dans la vie, le système qui le permet offre un exemple utile pour les réseaux numériques reliant des capteurs, processeurs et machines pour traduire l'information en action.

Mes recherches sur le système nerveux humain et les réseaux de télécommunications avancés ont trouvé des parallèles frappants entre les deux, y compris la similitude entre le système nerveux des bébés et les réseaux à réponse rapide en cours de développement pour gérer le fonctionnement permanent, des réseaux de capteurs toujours connectés, caméras et microphones dans tous les foyers, les collectivités et les lieux de travail.

Ces informations peuvent suggérer de nouvelles façons de penser à la conception des futurs systèmes de télécommunications, ainsi que de fournir de nouvelles idées pour diagnostiquer et traiter les troubles neurologiques comme la sclérose en plaques, les troubles du spectre autistique et la maladie d'Alzheimer.

Une vision de la neurologie humaine

En général, le système nerveux a trois composants principaux :le cerveau, la moelle épinière et le système nerveux périphérique.

Le système nerveux périphérique est distribué dans tout le corps, la détection d'entrées comme la pression, chaud et froid, et transmettre cette information par la moelle épinière au cerveau. Ce système gère également les réponses du cerveau, contrôler les mouvements volontaires, et fait une certaine régulation locale des fonctions corporelles involontaires comme la respiration, digestion et faire battre le cœur.

La moelle épinière gère un grand nombre d'entrées sensorielles et de réponses d'action qui vont et viennent entre le cerveau et le corps. Il gère également les mouvements musculaires involontaires appelés arcs réflexes, comme le réflexe du genou lorsque le médecin effectue un examen ou le rapide « retrait » d'une main lorsque quelque chose de chaud est touché.

Le cerveau, le centre de la majeure partie de la puissance de traitement du système nerveux, a plusieurs régions spécialisées dans ses hémisphères droit et gauche. Ces zones reçoivent des informations de capteurs tels que les yeux, les oreilles et la peau, et renvoient des sorties sous forme de pensées, émotions, souvenirs et mouvement. Dans de nombreux cas, ces sorties sont également utilisées par d'autres parties du cerveau comme entrées qui permettent le raffinement et l'apprentissage.

Chez les personnes en bonne santé, ces éléments travaillent ensemble dans une harmonie extraordinaire en combinant des réseaux de cellules qui répondent à des produits chimiques spécifiques, modifications mécaniques, caractéristiques lumineuses, changements de température et douleur par un processus appelé transduction sensorielle. Cette complexité fait même l'un des plus petits composants du système nerveux, la fibre nerveuse, ou axone, un défi à étudier.

Certaines des interconnexions du système nerveux, longtemps pensé pour être seulement physique, peut également être effectivement sans fil. Le cerveau génère un champ électrique hautement spécialisé au niveau de certains sites de fibres nerveuses au cours de son fonctionnement normal. La mesure des caractéristiques de ce champ peut offrir des indications qu'un cerveau est en bonne santé, ou qu'il peut avoir certains troubles neurologiques.

Dans les réseaux de télécommunications

La génération actuelle de réseaux de télécommunications avancés, connu sous le nom de 5G, est sans fil, et a trois catégories similaires de composants.

L'équivalent numérique du système nerveux périphérique est "l'internet des objets". Il s'agit d'un vaste et croissant réseau d'appareils, véhicules et appareils électroménagers contenant de l'électronique, un logiciel et une connectivité qui leur permettent de se connecter les uns aux autres, interagir et échanger des données.

L'équivalent technologique du cerveau est le "cloud, " un groupe connecté à Internet d'ordinateurs et de processeurs puissants qui stockent, gérer et traiter les données. Ils travaillent souvent ensemble pour gérer des tâches complexes impliquant de grandes quantités d'entrée et de traitement, avant de renvoyer les sorties sur Internet.

Entre ces deux types de composants se trouve l'équivalent de la moelle épinière, un nouveau type de réseau appelé « brouillard » – un jeu sur le fait qu'il s'agit d'un cloud finement distribué – mis en place pour raccourcir les connexions réseau et les délais de traitement qui en résultent entre le cloud et les appareils distants. Les processeurs et les périphériques de stockage dans le brouillard peuvent gérer des tâches qui nécessitent des réactions particulièrement rapides.

Des similitudes frappantes

En construisant des réseaux technologiques à travers le monde moderne, les gens ont apparemment – ​​et probablement inconsciemment – ​​reflété la neurologie humaine.

Cela offre des opportunités d'identifier des solutions technologiques aux problèmes de réseau qui pourraient être adaptées dans des traitements médicaux pour les troubles neurologiques qui n'ont pas de remèdes connus.

Troubles du spectre autistique, par exemple, est un trouble du développement grave qui altère la capacité des gens à communiquer et à interagir. On pense que cela se produit à la suite d'un déséquilibre entre deux types de communications neuronales :les personnes atteintes de troubles du spectre autistique ont trop d'activité dans les neurones qui excitent d'autres neurones et trop peu d'activité dans les neurones qui apaisent les autres neurones. C'est comme ce qui se passe lorsque certains liens dans un réseau de télécommunications sont surchargés, tandis que d'autres ne sont pas occupés du tout. Les outils logiciels qui gèrent de grands réseaux cloud et de brouillard peuvent égaliser la demande et minimiser les retards de télécommunication. Ces programmes peuvent également simuler – et suggérer des moyens de réduire – les déséquilibres du réseau dans les déficiences liées à l'autisme.

La sclérose en plaques est une maladie souvent invalidante dans laquelle le système immunitaire du corps ronge les enveloppes protectrices des fibres nerveuses. Cela perturbe le flux d'informations dans le cerveau, et entre le cerveau et le corps. Technologiquement, ceci est similaire aux pannes à des points de connexion réseau particuliers, qui est régulièrement traité en envoyant des messages par d'autres routes qui ont des connexions fonctionnelles. Peut-être que la recherche médicale peut identifier des moyens de rediriger les messages nerveux via des liens à proximité lorsque certains nerfs ne fonctionnent pas correctement.

Utiliser le logiciel et la médecine ensemble

La maladie d'Alzheimer est un type de démence qui cause des problèmes de mémoire, pensée et comportement. En 2015, J'ai présenté les travaux de mon laboratoire de recherche sur la découverte de nouveaux réseaux dans le cerveau dont le comportement indiquait que la maladie d'Alzheimer pourrait être une maladie auto-immune, comme MS est. Cela suggère qu'un cerveau atteint de la maladie d'Alzheimer pourrait être comme un réseau de télécommunications attaqué par un intrus modifiant non seulement les données au sein du réseau, mais aussi la structure même du réseau.

Mon groupe de recherche s'est ensuite inspiré du système immunitaire humain pour développer des logiciels de défense des réseaux informatiques contre les attaques malveillantes. Ce logiciel peut, à son tour, être utilisé pour simuler l'évolution de la maladie d'Alzheimer chez un patient, peut-être en soulignant les moyens de réduire ses effets.

L'implication du système nerveux dans d'autres maladies auto-immunes, tels que le diabète de type 1 et la polyarthrite rhumatoïde, peut offrir des opportunités d'informations supplémentaires sur les réseaux numériques, ou comment les capteurs et les solutions logicielles pourraient aider les patients. À mon avis, modèles logiciels, rendu plus réaliste par la recherche clinique, aidera les chercheurs à comprendre la structure et la fonction du système nerveux humain et, le long du chemin, rendre les réseaux et services de télécommunications plus rapides, plus fiables et plus sûrs.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.