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Le Big Data au coeur du modèle numérique le plus visionnaire du cerveau humain: le Human Brain Project (HBP)


Rédigé par Melva Hernandez le 11 Février 2018

Il s'agit du projet le plus ambitieux et visionnaire financé par l'Union européenne, le Human Brain Project (HBP). Ce projet à pour objectif, de simuler technologiquement le fonctionnement du cerveau humain, et ainsi : accélérer le processus scientifique de sa compréhension, développer des avancées significatives dans le domaine de la médecine et des neurosciences pour guérir les maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer ou la maladie de Parkinson, et enfin, inspirer l'avenir de l'informatique.



Analyse de données inspirées par le cerveau humain

Le Human Brain Project (HBP) étudie la plus complexe et mystérieuse "machine" qui existe, le cerveau humain. L'idée est "simple" mais stimulante: simuler et reconstruire numériquement le cerveau. Un tel modèle numérique est possible parce que le cerveau est un système parfaitement bien organisé, et plus un système est organisé, plus grandes sont les chances de découvrir et de comprendre comment sa structure (86 milliards de neurones) est constituée.

Grâce à l'utilisation d’ordinateurs quantiques, HBP crée une plate-forme informatique unique conjuguant des technologies comme le cloud, le Big Data, l’analyse de données, la modélisation réaliste et la simulation de tous les niveaux d'organisation du cerveau. Plus de 500 scientifiques et chercheurs européens ont accès à cette infrastructure matérielle et à l'analyse croissante de grands volumes de données provenant de leurs propres laboratoires. Ils collaborent avec d'autres laboratoires dans plus de 19 pays, 87 universités et 26 centres de recherche de premier plan. Ce groupe multidisciplinaire de neurologues, de spécialistes des sciences cognitives, de psychologues et d'autres professionnels se consacre à l'observation des interdépendances cérébrales (des milliards de connexions synaptiques), réalisant des progrès significatifs dans la compréhension du fonctionnement de chaque partie du cerveau humain et générant des ondes cérébrales numériques qui proviennent de toute la masse des données analysées par ces scientifiques de toute l'Europe.

Cette nouvelle approche de l'exploration des neurones et de la compréhension du cerveau et de ses maladies est considérée comme le projet de neuroscience le plus ambitieux au monde et est susceptible de révolutionner l'informatique d’aujourd'hui. Toutes ces connaissances seront utilisées pour guérir les maladies du cerveau et construire de nouvelles technologies informatiques, des ordinateurs neuromorphes.

Un projet Big Data en neurosciences, médecine et informatique

L'objectif de la reconstruction systématique des cartes cérébrales est d'essayer de comprendre chacun des sous-systèmes ou régions du cerveau humain et leurs paramètres, afin de construire objectivement et de simuler numériquement le cerveau humain. Pour ce faire, le projet Big Data est attaqué par deux fronts. Le premier, est l'expérimental, qui reproduit tout le travail interne du cerveau en recueillant des données à partir d'expériences menées par les neuroscientifiques, c'est-à-dire des simulations algorithmiques, à l'aide d'équations mathématiques, pour émuler les neurones et modéliser les interactions électriques entre eux. Afin d'obtenir de meilleurs résultats à partir de cette représentation spatiale du cerveau, des modèles très détaillés sont nécessaires. Une telle représentation exige des zettabytes d'information. Un défi à l'échelle de l'espace et du temps. C'est ici que les informaticiens créent, intègrent et exploitent les composants matériels et logiciels de l'infrastructure de données et de visualisation du projet européen, pour exécuter des simulations à grande échelle et gérer de grandes quantités de données et des flux de travail complexes.

L'autre front de ce projet Big Data est la collecte massive de toutes les données réelles provenant des patients des cliniques et des hôpitaux (telles que les images de scanners du cerveau, par exemple). Des quantités toutes aussi énormes de données sont collectées à partir de ces cas réels. Idéalement, toutes ces données réelles devraient être combinées aux données simulées (le front expérimental) pour mieux comprendre comment les maladies pourraient être traitées. Mais la réalité est différente. La vie quotidienne dans les hôpitaux encombrés, le manque d'accès à l'information sur les patients ou le temps qu'il faut aux gestionnaires TI des hôpitaux pour fournir les données nécessaires au projet sont quelques-uns des freins que rencontrent les chercheurs du projet HBP. Ici, la participation des différents hôpitaux de différents pays est vitale pour en faire des facilitateurs de données de patients anonymes. C'est ainsi que nous pourrions parvenir à une meilleure compréhension du cerveau et du diagnostic de ses maladies, afin de fournir à l'avenir des informations plus précises sur la manière de les traiter.

Le projetHBP, né en 2013, avec un horizon de 10 ans, est coordonné par la Suisse et son financement s'élève à un milliard d'euros. Il est composé de 6 grandes plates-formes qui constituent le cœur de son infrastructure: Neuroinformatique (accès ouvert aux données du cerveau), Simulation cérébrale (reproduction de l'architecture du cerveau et de son activité dans les ordinateurs), Analyse et calcul haute performance (fournissant les capacités de calcul et d'analyse requises), Informatique médicale (accès aux données du patient, identification des signatures de la maladie), Informatique neuromorphe (développement informatique inspiré du fonctionnement du cerveau) et Neurorobotique (utilisation de robots pour tester les simulations cérébrales).




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