Le modèle d'hippocampe

Protocole expérimental

Chaque motif est présenté au modèle selon le protocole suivant :

1. Les stimuli et le renforcement sont instanciés au sein des aires corticales Stimulus 1, Stimulus 2 et Renforcement et l'activité neuronale est propagée au sein du cortex ento-rhinal EC. Cette instanciation corticale est faite durant une période de 30 itérations, ce qui correspond expérimentalement au temps nécessaire à un apprentissage robuste. 2. Des stimuli et un renforcement blancs (i.e. aucune activité) sont instanciés au sein des

aires corticales stimulus 1, stimulus 2 et renforcement. Cela correspond à une période de relaxation du système où aucune activité n'est enregistrée.

La période durant laquelle sont instanciés les stimuli et le renforcement blanc correspond à une relaxation du système ayant pour but d'éviter des interférences dans l'apprentissage. En eet, l'évaluation de l'activité des neurones ainsi que leur apprentissage se fait de façon synchrone (i.e. l'activité de tous les neurones est calculée et les lois d'apprentissage sont appliquées à chaque itération). Si cette période n'existe pas alors on assiste à des phénomènes d'interférence dûs à

l'apprentissage très rapide au sein du modèle. Considérons par exemple un motif d'activationA

dans EC présent au temps t0. Celui-ci va induire une activité dans DG au temps t0 + 1, une

activité dans CA3 au temps t₀ + 2 et une activité dans CA1 au temps t₀ + 3 et l'association

entre CA1 et EC sera donc réalisée au tempst0+ 4. Si maintenant on instancie immédiatement

au temps t0+ 5un nouveau motifB dans EC, alors la représentation correspondante dans CA1

ne sera eective qu'au temps t₀+ 9, ce qui signie que pendant 4 itérations, on se trouve avec

Chapitre 6. Un modèle de mémoire déclarative

au motif A). L'apprentissage est alors un apprentissage parasite dans le sens où l'on associe les mauvaises représentations . Une période de non activité au sein de EC permet donc de remettre le système à zéro et d'éviter ce phénomène.

Résultats

Le modèle d'hippocampe que nous proposons est capable de passer outre les problèmes

d'in-terférence simples évoqués auparavant. Comme illustré sur la gure 6.24, seul le motif n◦5 est

confondu avec le motif n◦1 lors de la présentation du corpus d'exemple. Cela peut-être qualié

d'erreur dans le sens où il était attendu que le modèle propose eectivement le motif n◦5 lorsqu'il

se voit présenté celui-ci. Cependant, il existe une interprétation diérente de cet état de fait. En

eet, si l'on observe attentivement les motifs n◦1 et n◦5, on peut remarquer qu'ils possèdent

tous deux un grand nombre d'unités communes (cf. gure 6.25). Plus précisemment, l'opération logique ET sur les deux motifs met en évidence l'ensemble des unités communes : près de 62% des unités actives sont communes. Or, dans ce cas de gure précis, le modèle d'hippocampe juge que les deux motifs sont semblables. Ce n'est pas là une erreur du modèle (puisqu'aucun nouveau motif n'a été créé) mais cela procède de fait de la dénition des propriétés du modèle : la fonction

de débruitage même est ici responsable de cette correction du motif n◦5. En eet, débruiter un

motif signie corriger tout motif qui lui ressemble dans une certaine mesure. Ainsi, si l'on pré-sente un motif qui ne dière que d'une seule unité par rapport à un motif mémorisé, le modèle corrige ce motif présenté et propose alors le motif mémorisé. Or, cette limite de ressemblance entre un motif bruité et un motif original que l'on veut dénir est, somme toute, relative et dé-pend largement de la tâche cognitive dans laquelle elle s'inscrit. Dans notre cas, la limite utilisée par le modèle avoisine les 60% (selon des estimations expérimentales), i.e. tout motif partageant plus de 60% d'unités actives communes avec un motif mémorisé sera identié à celui-ci, sinon il sera appris comme nouveau motif. Cette limite peut bien entendu être modiée en modiant les diérents paramètres du modèle, notamment, on peut modier les taux d'activation respectifs de chacune des structures, la capacité de spécialisation des neurones sur un masque précis ou bien encore la connectivité. L'inuence de chacun de ces paramètres n'a cependant pas fait l'objet d'une étude détaillée.

Le premier corpus de test (cf. gure 6.24) soumis au modèle se compose des 6 motifs ori-ginaux auxquels on a ajouté du bruit (de l'ordre de 10%) sous la forme d'activation parasite et d'activation manquante par rapport aux motifs originaux. On peut voir sur la gure que le modèle est capable de réinstancier le motif original (i.e. activer les unités manquantes et inhiber les unités parasites dans EC). Le point important à noter ici est que le mécanisme de modulation mis en place au sein de EC permet eectivement de contrôler l'activité. Ainsi, les unités parasites sont inhibées et les unités manquantes sont activées. Ce phénomène est particulièrement visible lors de la simulation puisqu'à partir du motif bruité, on voit l'activité se propager dans DG, puis dans CA3, puis dans CA1 et retourner dans EC sous la forme de la correction immédiate du motif. Le motif parasite n'a ainsi pas le temps d'être appris par le modèle puisque le motif original est réinstancié au bout de trois itérations.

Le deuxième et le troisième corpus de test correspondent quant à eux à des interrogations hétéro-associatives du modèle. On présente les stimuli 1 et 2 et on demande au modèle la ré-compense correspondante. On peut voir sur la gure 6.24 que, encore une fois, le modèle est à même de proposer cette réponse selon les mécanismes expliqués auparavant dans la majorité des cas. On peut cependant remarquer que concernant le troisième corpus de test bruité, les motifs bruités 2 et 5 sont considérés comme trop diérents des motifs originaux et sont en conséquence mémorisés en tant que motifs originaux.

6.4. Apprentissage de motifs réguliers

Corpus d’apprentissage

Corpus de test bruité n°2 Corpus de test bruité n°3

Réponses proposées par le modèle Réponses proposées par le modèle Réponses proposées par le modèle Réponses proposées par le modèle

Corpus de test bruité n°1

Fig. 6.24 Modèle de l'hippocampe : Les réponses proposées par le modèle correspondent bien aux

exemples présentés. On peut cependant remarquer une erreur concernant le motif n◦5 qui se

trouve être très proche du motif n◦1. La présentation des corpus de test n◦1 (bruit aléatoire sur

les motifs), n◦2 (suppression de la partie inférieure des motifs) et du n◦3 (bruit + suppression

Chapitre 6. Un modèle de mémoire déclarative

= ET

Fig. 6.25 L'opération logique ET sur les motifs 1 et 2 montre qu'ils partagent tous deux un grand nombre d'unités communes (62%).

Cette première phase de test nous procure donc les résultats attendus. Cependant, il faut noter ici que le corpus de test est relativement régulier et que le bruit est binaire en ce sens qu'il correspond à une unité parasite ou à une unité manquante. An de nous rapprocher du contexte du monde réel, nous allons maintenant présenter les résultats obtenus sur une simulation permettant d'obtenir un bruit continu.