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13 juillet 2016 |
La Revue POLYTECHNIQUE 05/2016 |
Biotechnologie
Le Human Brain Project publie ses premières plates-formes
Michel Giannoni
Hébergé au Campus Biotech de Genève, le Human Brain Project a publié, le 30 mars dernier, les premiers composants, services et outils de ses plates-formes, qu’il met à la disposition de la communauté scientifique. Ces plates-formes, dont la publication marque le début de la phase opérationnelle, permettront à la recherche collaborative d’avancer dans les neurosciences, la médecine et l’informatique.
Lors de la conférence de presse organisée le 30 mars dernier au Campus Biotech de Genève, le Human Brain Project (HBP) a annoncé la publication des versions initiales de ses six premières plates-formes de technologies de l’information et de la communication (TIC) à l’intention d’utilisateurs extérieurs au projet. Ces plates-formes sont conçues de manière à aider la communauté scientifique à accélérer l’innovation dans les neurosciences, la médecine et l’informatique.
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Une visualisation du cerveau humain générée par ordinateur. (© BBP/EPFL 2014)
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Le début de la phase opérationnelle
Les plates-formes qui viennent d’être publiées sont constituées de prototypes de matériel, d’outils logiciels, de bases de données et d’interfaces de programmation, qui seront affinés et développés dans une approche collaborative avec les utilisateurs et intégrés dans le cadre d’une infrastructure européenne de recherche. Cette publication marque la fin de la phase de lancement du Human Brain Project et le début de la phase opérationnelle.
Karlheinz Meier, co-directeur de la plate-forme d’informatique neuromorphique, déclare: «Le Human Brain Project invite les scientifiques du monde entier à travailler avec nos plates-formes prototype et à nous faire part de leurs expériences. Cela nous aidera à améliorer leurs fonctionnalités et leur facilité d’utilisation, ainsi que leur importance pour la société.»
Les plates-formes du Human Brain Project sont conçues de manière à aider les chercheurs à progresser plus vite et plus efficacement, en échangeant des données et des résultats, et en exploitant des fonctionnalités en matière de technologies de pointe de l’information et de la communication. Ces plates-formes devraient permettre, notamment, une collaboration plus étroite entre les scientifiques, afin de créer des modèles et des simulations plus détaillés du cerveau. Une première étape dans l’ouverture à la communauté scientifique la plus large a déjà été franchie, par le financement des premiers projets de partenariat via le site http://flagera.eu/?q=FLAG-ERA-call-2015-projects de l’Union européenne.
Toutes les plates-formes sont accessibles via le portail Web HBP Collaboratory, où les utilisateurs peuvent trouver des lignes directrices, des didacticiels et de l’information sur des séminaires d’entraînement. Les utilisateurs devront s’enregistrer pour accéder aux plates-formes, certaines des ressources ayant des capacités limitées.
Les six plates-formes dont la publication marque le début de la phase opérationnelle sont les suivantes.
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Une simulation du cortex somatosensoriel du rat. Les couleurs indiquent différents niveaux d’excitation neuronale. (© BBP/EPFL 2014)
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La plate-forme de neuro-informatique (SP5)
La plate-forme de neuro-informatique est l’outil de recherche du Human Brain Project pour la distribution des données et la connaissance du cerveau. Elle comprend des interfaces de programmes d’application basés sur Internet, comme un ensemble de protocoles standards et d’outils pour créer des applications logicielles, par exemple.
Grâce à cete plate-forme, les utilisateurs peuvent rechercher et rassembler des données de neurosciences de haute qualité générées à l’intérieur et à l’extérieur du HBP. Ces données peuvent être classifiées par espèces, par laboratoires, par méthodologie, par régions du cerveau et par type de donnée, permettant ainsi des fonctionnalités qui ne sont généralement pas disponibles ailleurs. Elles sont principalement organisées en recueils et reliées au «KnowledgeSpace», un concept encyclopédique de recherche sur le cerveau à approche communautaire, concernant les données, modèles et informations bibliographiques les plus récents.
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Des points de contact synaptiques mis en relief sur un neurone. (© BBP/EPFL 2014)
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La plate-forme de simulation du cerveau (SP6)
La plate-forme de simulation du cerveau fournit aux scientifiques de puissants outils pour la reconstruction et la simulation de modèles du cerveau et du tissu cérébral orientés données. Dans cette plate forme, une étroite collaboration entre science et ingénierie permet de substantielles innovations techniques et scientifiques.
La plate-forme de simulation du cerveau permet le développement de modèles orientés données – qui étaient impossibles auparavant –, en offrant aux chercheurs la possibilité d’établir des modèles partagés et validés dans un espace de travail collaboratif utilisant des outils des plus divers. Cette possibilité aidera à relier différentes disciplines dans les neurosciences, essentielles pour la compréhension du cerveau.
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Macrophotographie de la jonction de quatre réticules sur une plaquette HICANN (High Input Count Analog Neural Network) post-traitée. On voit les bornes de connexion pour le connecteur strié et les emplacements de connexion entre les quatre réticules. Ces plaquettes sont couramment utilisées dans des expériences dans le cadre du projet BrainScaleS (Brain-inspired multiscale computation in neuromorphic hybrid systems) de l’UE. (© UHEI 2012)
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La plate-forme analytique et d’informatique haute performance (SP7)
Cette plate-forme utilise les capacités du superordinateur du centre de recherche Jülich en Allemagne, du Centro Svizzero di Calcolo Scientifico de Lugano, du Centro Nacional de Supercomputación de Barcelone et du CINECA à Bologne. Elle fournit également un accès à des systèmes de visualisation haute fidélité en Allemagne (RWTH à Aachen) et à l’EPFL, ainsi qu’au stockage en nuage d’une capacité de 3 pétabytes de l’Institut de technologie de Karlsruhe.
L’ensemble de ces systèmes est connecté de manière logique à travers l’interface UNICORE (Uniform Interface to Computing Resources) et physiquement à travers le réseau haute vitesse PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe), disposant d’une bande passante de 10 Gbit/sec. Ces connections haute vitesse permettent aux utilisateurs de traiter beaucoup plus rapidement des flux de données bien plus importants et plus complexes qu’auparavant.
La plate-forme d’informatique médicale (SP8)
La plate-forme d’informatique médicale est un système novateur d’analyse des données fournissant une interface permettant aux médecins, aux neuroscientifiques, aux épidémiologistes et aux chercheurs, ainsi qu’aux gestionnaires en santé, mais aussi au public en général, d’accéder et d’analyser les données cliniques et d’imagerie qui se trouvent dans les archives des hôpitaux, ainsi que dans les bases de données publiques.
Cette plate-forme aide les utilisateurs à générer de nouvelles connaissances qui permettront d’améliorer la compréhension du cerveau, ainsi que la précision et l’efficacité des diagnostics des troubles du cerveau, en fournissant une méthode radicalement nouvelle d’organisation et d’utilisation des avalanches de données – dont notamment les données des hôpitaux –, sans devoir transférer physiquement ces informations à un centre de données.
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Photographie de la jonction de quatre HICANN (High Input Count Analog Neural Network) à l’intérieur d’un réticule sans post-traitement. Ces plaquettes contiennent les circuits HICANN couramment utilisés. (© UHEI 2011)
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La plate-forme d’informatique neuromorphique (SP9)
Cette plate-forme comprend deux système informatiques neuromorphiques complémentaires et configurables, basés sur une conception matérielle personnalisée. Ces systèmes sont conçus pour imiter des microcircuits neuronaux et appliquer des principes semblables à ceux du cerveau dans l’apprentissage machine et l’informatique cognitive. Il s’agit, par exemple, de principes permettant à une machine d’apprendre de la même manière que le cerveau, plutôt que d’être programmée comme un ordinateur traditionnel.
À cet effet, la plate-forme d’informatique neuromorphique utilise des composants électroniques de pointe, ainsi que des technologies de circuits permettent d’intégrer les nouvelles connaissances acquises dans d’autres domaines de recherche, comme la neuroscience expérimentale, la neuroscience théorique ou la modélisation du cerveau, par exemple. Cette plate-forme fournit un accès à des systèmes informatiques neuromorphiques à grande échelle, situés à Manchester et à Heidelberg.
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Les contacts pour le Human Brain Project
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La plate-forme neurobiotique (SP10)
La plate-forme neurobiotique est un système de simulation accessible par Internet, qui fournit des outils pour connecter des modèles de réseaux neuronaux à des robots opérant dans un environnement aux effets réalistes. Elle permet de simuler des robots et des environnements contrôlés par des réseaux à impulsions. Elle offre la possibilité d’effectuer des expériences virtuelles en boucle dans le domaine des neurosciences cognitives, en utilisant des modèles de cerveau développés dans le cadre du HBP, en personnalisant différentes variables, telles que des paramètres environnementaux ou physiques.
La plate-forme neurobiotique est un outil collaboratif permettant aux scientifiques de partager et de réutiliser des expériences. Elle cible des chercheurs issus de multiples secteurs. Les utilisateurs sont notamment des neuroscientifiques souhaitant valider des modèles du cerveau, dans le contexte de boucles fermées action-perception, ou des chercheurs en robotique qui veulent développer de nouveaux contrôleurs inspirés par la neurologie.
Les plates-formes du Human Brain Project non encore publiées
Les autres plates-formes du Human Brain Project qui n’ont pas encore été publiées à ce jour sont les suivantes:
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Les données stratégiques du cerveau de la souris (SP1)
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Les données stratégiques du cerveau humain (SP2)
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Les architectures cognitives (SP3)
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La neuroscience théorique (SP4)
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Applications
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Ethique et société
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Le Human Brain Project
Le Human Brain Project (HBP) est une initiative phare financée par l’Union européenne pour les technologies futures et émergentes (FET), dans le but de créer et de faire fonctionner une infrastructure de recherche basée sur les technologies de l’information et de la communication (TIC), visant à aider la progression des neurosciences, de la médecine et de l’informatique avancées. Le projet, qui doit durer 10 ans, a débuté en 2013. Il implique des scientifiques de pointe dans plus de cent universités et centres de recherche en Europe, mais aussi aux Etats-Unis, en Chine et au Japon. Le HBP conduit également des recherches associées et des études théoriques sur la structure et le fonctionnement du cerveau. Il se préoccupe des implications éthiques et sociétales des travaux qui lui sont associés.
www.humanbrainproject.eu |
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Les six plates-formes publiées à ce jour
Les six plates-formes dont la publication marque le début de la phase opérationnelle sont les suivantes:
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