Comprendre les constituants fondamentaux de l'univers est difficile. Donner un sens au cerveau est un tout autre défi. Chaque millimètre cube de cerveau humain contient environ 4 km de "fils" neuronaux transportant des signaux de niveau millivolt, reliant d'innombrables cellules qui définissent tout ce que nous sommes et faisons. Les anciens Égyptiens savaient déjà que différentes parties du cerveau régissent différentes fonctions physiques, et quelques siècles se sont écoulés depuis que les médecins ont diverti les foules en faisant passer des courants à travers les cadavres pour les faire paraître vivants. Mais ce n'est qu'au cours des dernières décennies que les neuroscientifiques ont pu approfondir les circuits du cerveau.

Le 25 janvier, s'adressant à une salle comble au département de théorie du CERN, Vijay Balasubramanian de l'Université de Pennsylvanie a décrit l'approche d'un physicien pour résoudre le cerveau. Balasubramanian a fait son doctorat. en physique théorique des particules à l'Université de Princeton et a également travaillé sur l'expérience UA1 au Super Synchrotron à Protons du CERN dans les années 1980. Aujourd'hui, ses recherches vont de la théorie des cordes à la biophysique théorique, où il applique des méthodologies courantes en physique pour modéliser la topographie neuronale du traitement de l'information dans le cerveau.

L'architecture de base du cerveau est raisonnablement bien comprise. Des tâches sensorielles et cognitives très complexes sont réalisées par l'action coopérative de nombreux neurones et circuits spécialisés, dont chacun a une fonction étonnamment simple. Balasubramanian a utilisé des exemples, notamment notre odorat, qui permet aux humains et aux autres animaux de distinguer de vastes gammes de mélanges d'odeurs en utilisant des ressources neuronales très limitées, et notre « sens du lieu » (comment nous représentons mentalement notre emplacement physique) pour démontrer que les cerveaux ont développé des circuits neuronaux qui exploitent des principes mathématiques sophistiqués – dont certains ne sont que maintenant découverts.

Remarquablement, les prédictions faites par des modèles assez grossiers s'avèrent plutôt bien décrire les circuits du cerveau, remettant souvent en cause la pensée traditionnelle. En général, Les calculs de Balasubramanian suggèrent que les animaux ont évolué pour obtenir le plus grand bang cognitif pour le moins de neurones possible. « Les neurones coûtent cher ! » il dit, soulignant que le cerveau ne représente que 2% de notre poids corporel, mais représente 20% de notre charge métabolique. Le cerveau ne consomme que 12 W de puissance, sept fois moins qu'un ordinateur portable classique, Pourtant, il dispose d'une puissance de calcul nettement supérieure pour exécuter des fonctions plus subtiles. "Le cerveau peut nous faire tomber amoureux, alors que l'ordinateur reconnaît à peine un visage, " il dit.

Toujours, Balasubramanian pense que les humains surestiment leurs capacités cognitives :nous ne sommes pas aussi spéciaux que nous le pensons. Il soutient que la majorité du comportement de notre cerveau provient d'un câblage primitif commun à la plupart des vertébrés. Alors qu'une compréhension quantitative de concepts supérieurs tels que « pensées » ou « conscience » est encore loin, Il existe clairement un terrain fertile à explorer pour les physiciens dans le monde en évolution rapide des neurosciences.