Une intelligence artificielle pour décrypter les mouvements des animaux : la méthode DISK au service de la science

Une intelligence artificielle pour décrypter les mouvements des animaux : la méthode DISK au service de la science credit : credit : votrequotidien.ca (image IA)

Pourquoi les scientifiques observent les mouvements

Nous avons tous observé, un jour ou l’autre, un animal en train d’agir : comment il court, comment il réagit à un bruit, comment il prend une décision. Pour les scientifiques, et particulièrement pour les neuroscientifiques qui étudient le cerveau, ces comportements sont la clé, la fenêtre ouverte sur nos mécanismes internes. Le problème, voyez-vous, c’est que le comportement, qu’il soit celui d’un humain ou d’une souris, est d’une complexité ahurissante. Il y a une infinité de façons de bouger, de se déplacer, ce qui rend l’analyse quantitative, la mesure précise de ces actions, extrêmement difficile. C’est pourquoi, pendant très longtemps, la recherche s’est contentée d’étudier des gestes très contraints, très simples, faciles à mesurer.

Aujourd’hui, heureusement, les technologies ont bien progressé. Nous pouvons filmer et suivre les moindres parties du corps d’animaux se déplaçant librement, à l’échelle de la milliseconde et du millimètre. Mais là où le bât blesse, c’est que ces enregistrements, même avec le meilleur matériel au monde, contiennent souvent des données manquantes. Ces « trous » peuvent rendre l’analyse quasiment impossible, obligeant les chercheurs à jeter des heures de travail coûteux.

Le défi de l’analyse comportementale face aux données incomplètes

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Honnêtement, imaginez que vous regardiez un film où le personnage principal disparaît subitement pendant une ou deux secondes avant de réapparaître. On ne comprend plus rien à la scène, n’est-ce pas ? En science du comportement, c’est exactement ce qui se passe quand les caméras ou les logiciels de suivi perdent la trace d’une patte ou d’une nageoire. Ces défaillances arrivent souvent, et elles perturbent la fluidité nécessaire à une étude sérieuse. Ces manques sont un véritable frein pour les chercheurs qui tentent de comprendre, par exemple, comment un traitement médicamenteux affecte la démarche ou la coordination d’un sujet.

Il fallait trouver une solution pour récupérer ces informations perdues. Il ne s’agit pas d’inventer des données, mais de les déduire avec une très grande précision à partir de ce qui est connu avant et après l’interruption. Et c’est exactement ce que des chercheurs talentueux ont réussi à faire.

La naissance de la méthode DISK : une collaboration internationale

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Une équipe brillante, dirigée par la Professeure Dr. Katarzyna Bozek, rattachée au Centre de médecine moléculaire de Cologne (CMMC) et au Pôle d’excellence CECAD sur la recherche sur le vieillissement, a mis au point un outil ingénieux. Le nom de cet outil, peut-être un peu technique, est DISK, pour « Deep Imputation for Skeleton data ».

Cette nouvelle méthode, dont les détails ont été publiés dans la prestigieuse revue Nature Methods, a bénéficié d’une collaboration mondiale. Des laboratoires de l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa (Japon), de l’Université Vrije d’Amsterdam et du Salk Institute (États-Unis) ont fourni les précieuses données expérimentales, notamment des enregistrements de souris et de poissons-zèbres. C’est rassurant de voir la science avancer grâce à de tels efforts conjoints, non ?

Comment DISK utilise l’intelligence artificielle pour combler les manques

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Alors, qu’est-ce qui rend DISK si spécial ? Il repose sur une architecture d’intelligence artificielle très puissante appelée Réseau Neuronal Transformer. Vous avez peut-être entendu parler des « Transformers » ; ce sont des modèles d’IA capables de saisir le contexte général et la séquence logique des événements. DISK utilise cette capacité pour faire de l’« imputation », c’est-à-dire pour prédire et remplir les données manquantes avec une précision remarquable.

Ce qui est vraiment époustouflant, c’est que cette méthode fonctionne sur toutes les espèces, et ce, sans avoir besoin d’être reconfigurée. Que vous étudiez des insectes, des poissons ou des rongeurs, DISK s’adapte. Comme l’a souligné le Dr. France Rose, la première auteure de l’étude, l’objectif était de rendre cet outil utilisable par une large communauté de chercheurs, sans nécessiter de connaissances préalables complexes sur l’espèce ou le type de tâche étudiée. Et franchement, c’est exactement ce dont les laboratoires avaient besoin!

Des bénéfices concrets pour la robustesse des résultats scientifiques

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Pourquoi dépenser tant d’énergie pour « réparer » des données ? Parce que générer ces données expérimentales est souvent coûteux et incroyablement long. Grâce à DISK, les chercheurs peuvent désormais exploiter pleinement la richesse de leurs enregistrements, y compris ceux qui étaient jusqu’à présent considérés comme inutilisables.

Les chercheurs ont d’ailleurs démontré que DISK améliore significativement la robustesse statistique des expériences. Par exemple, si l’on veut comparer la dynamique des pas entre deux groupes de souris ayant reçu des traitements différents, DISK permet de s’assurer que les conclusions sont solides et fiables. En plus de l’imputation, l’IA apprend également à représenter le mouvement de manière significative, en capturant des caractéristiques importantes comme la vitesse, la direction, et même l’action effectuée (marcher, grimper, etc.). C’est un peu comme si l’IA devenait un expert du langage corporel animal.

Vers une nouvelle ère de l’analyse du comportement

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La méthode DISK ne représente pas seulement une rustine pour des données imparfaites ; elle symbolise un véritable bond en avant. Elle va permettre aux chercheurs en comportement d’améliorer considérablement la qualité de leurs analyses, ce qui, je l’espère, mènera à des découvertes plus précises sur le fonctionnement cérébral.

Comme l’a dit la Professeure Bozek, cette nouvelle façon de quantifier le comportement, en utilisant les réseaux neuronaux Transformer, est promise à de vastes applications. C’est peut-être la fin des études simplistes et le début d’une ère où nous pourrons vraiment décortiquer la complexité des mouvements naturels. C’est une avancée majeure pour mieux comprendre comment le cerveau donne ses ordres et comment les maladies l’affectent. Un bel exemple de la façon dont l’intelligence artificielle peut être un outil formidablement utile pour la recherche fondamentale.

Selon la source : medicalxpress.com

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.