Jumeau neuromorphique : la réplique fonctionnelle d’un réseau de neurones connecté au vivant
Une copie active de vos neurones, capable de simuler des mécanismes cognitifs et d’interagir en temps réel avec le cerveau, qui corrige voire remplace des circuits défaillants. Voici l’ambition, à terme, du jumeau neuromorphique, un concept au cœur des travaux de Timothée Lévi, scientifique au Laboratoire de l'intégration du matériau au système, récemment publiés dans Nature Communications. Il promet l’émergence de thérapies personnalisées pour les maladies du cerveau et pose les bases de nouvelles intelligences hybrides entre vivant et machine.
© Chiappalone, M., Levi, T. Nat Commun., 2026
Une personne sur trois sera affectée, au cours de sa vie, par une pathologie du cerveau. Face à cette préoccupation scientifique et sociétale, les neurotechnologies connaissent un essor remarquable ces dernières décennies. Citons notamment les systèmes de stimulation profonde adaptative, ou encore les interfaces cerveau‑machine (BCI) comme Wimagine®, capables de décoder des signaux corticaux avec une grande finesse et de stimuler certaines fonctions motrices.
Le jumeau neuromorphique (neuromorphic twin) s’inscrit dans cette dynamique, mais franchit un cap, puisqu’il co-évolue avec le vivant. Ce système est en effet conçu pour modéliser et influencer, en temps réel, la dynamique chaotique des réseaux neuronaux.
Du double numérique au neuromorphique
Le jumeau neuromorphique émerge à la croisée de deux champs technologiques en plein boom. Les jumeaux numériques (digital twin), d’abord, ces modèles capables de simuler le comportement d’un système biologique et d’en prédire l’évolution. L’ingénierie neuromorphique ensuite, qui reproduit la biophysique des neurones et des synapses dans des circuits électroniques, afin d’imiter le fonctionnement électrique du cerveau.
© Chiappalone, M., Levi, T. Nat Commun., 2026
Ces recherches ont été menées par :
- Laboratoire de l'intégration du matériau au système (IMS, Bordeaux INP/CNRS/Univ. de Bordeaux)
Le neuromorphic twin que développe Timothée Lévi à l’IMS repose sur trois briques fondamentales. La première, le décodage, consiste à capter et traiter l’activité neuronale en temps réel via des algorithmes. La seconde, l’émulation, repose sur un réseau artificiel (pour le moment composé de 1000 à 10000 neurones) qui reproduit fidèlement le comportement des neurones biologiques, allant même jusqu’à calquer les courants ioniques et les mécanismes de plasticité. Enfin, la rétroaction ferme la boucle et permet au système de communiquer avec le réseau neuronal afin d’en modifier la dynamique, voire de restaurer ou compenser des fonctions altérées.
Vers une fonction reset du réseau neuronal ?
Déjà des applications concrètes sont envisagées. Dans le cas d’une lésion cérébrale ou d’un dysfonctionnement localisé, le jumeau neuromorphique pourrait restaurer la dynamique normale d’un réseau neuronal en le stimulant de manière ciblée. Il pourrait également servir de substitut partiel pour remplacer un circuit défaillant, tout en restant connecté au reste du cerveau. Des premières expérimentations explorent déjà ces possibilités, notamment sur des modèles d’AVC, où un réseau neuromorphique est testé pour rétablir une activité fonctionnelle.
Ces recherches ouvrent aussi un horizon autrement plus vertigineux. Celui d’une intelligence hybride, mêlant systèmes biologiques et artificiels. Des travaux exploratoires montrent déjà qu’il est possible de connecter des cultures de neurones à des systèmes électroniques capables de dialoguer avec elles et d’influencer leur activité.
À terme, cette hybridation pourrait donner naissance à de nouvelles formes de calcul, exploitant la capacité du vivant à traiter des informations complexes dans des environnements « bruités », là où les systèmes de calcul numériques classiques atteignent leurs limites. Reste à lever des verrous encore importants, comme les contraintes de mémoire embarquée - encore limitée -, l’intégration dans des matériaux ultra-miniaturisés, sans citer les garde-fous éthiques qu’il convient d’établir.
Le jumeau neuromorphique esquisse néanmoins la possibilité d’une interaction continue entre le vivant et son double artificiel, ainsi que de nouvelles manières de comprendre et, peut‑être demain, de réparer le cerveau.
Références
Advancing neuroengineering with Neuromorphic Twins.
Chiappalone, M., Levi, T.
Nat Commun 17, 1938 (2026).
https://doi.org/10.1038/s41467-026-68923-1
Article consultable sur la base d’archives ouvertes HAL
(Décodage) A frugal Spiking Neural Network for unsupervised multivariate temporal pattern classification and multichannel spike sorting.
Pokala, S.D., Bernert, M., Nanami, T. et al.
Nat Commun 16, 9218 (2025).
https://doi.org/10.1038/s41467-025-64231-2
Article consultable sur la base d’archives ouvertes HAL
(Émulation) BiœmuS: A new tool for neurological disorders studies through real-time emulation and hybridization using biomimetic Spiking Neural Network.
Beaubois, R., Cheslet, J., Duenki, T. et al.
Nat Commun 15, 5142 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41467-024-48905-x