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Résumé des présentationsRésumé des présentations des colloques* ADN, polymères et big data Les centres de données stockent les mégadonnées sur des supports soumis à de dispendieuses recopies tous les 5-7 ans ; ils représentent des gouffres pour les ressources en terrain, électricité, eau et matériaux rares. En comparaison, le stockage à l’échelle moléculaire sur un polymère tel que l’ADN permettrait une densité supérieure d’un facteur dix millions et une conservation prolongée d’un facteur dix mille sans recopie périodique. Les technologies requises existent mais nécessitent des progrès qui pourraient voir le jour sous 5-20 ans. Ce premier exposé offrira un panorama du thème du colloque, mettant en exergue son caractère transdisciplinaire.
Carlo REITA Le problème du stockage de l’information est récurrent et concerne principalement la quantité de l’information et son codage, la durée de stockage, la fréquence d’accès à l’information et le coût (production, conservation, gestion). L’ADN possède une durée de stockage imbattable, une extrême densité, une facilité de copie et un fort potentiel de bas cout. Toutefois, son écriture n’est pas modifiable et sa lecture est destructive. La présentation couvrira l’état de l’art du stockage et donnera des indications sur les obstacles à l’émergence de la technologie ADN comme solution à large échelle.
Marc ANTONINI Dans cette présentation, nous introduirons l'utilisation d'un nouveau support de stockage basé sur de l’ADN synthétique pour résoudre les problèmes d’archivage des données froides (données rarement utilisées). L'utilisation de l'ADN est une possibilité intéressante car il est extrêmement dense, avec une limite brute de 1 exabyte/mm3, et durable, avec une demi-vie observée de plus de 500 ans. Nous montrerons comment il est possible aujourd’hui de coder et de stocker une image numérique sur ce nouveau support, en utilisant un code quaternaire composé des quatre nucléotides {A, T, C, G}.
Yannick RONDELEZ Dans une cellule, l’ADN permet le stockage de l’information, tandis qu’une variété de processus bio-moléculaires permet de gérer les flux d’informations, c’est-à-dire, de calculer. Ainsi la cellule, bien qu’elle ne soit qu’une microscopique soupe de molécules, est capable de communiquer, de réguler, de prendre des décisions face aux changements d’un environnement complexe, etc. Cet exposé présentera la programmation moléculaire, une approche synthétique multidisciplinaire qui s’inspire de ces processus pour construire des ordinateurs moléculaires basés sur l’ADN.
Karin STRAUSS Sustaining growth in storage is increasingly challenging. This talk will discuss the role of biotechnology and synthetic DNA in reaching this goal. Although we have yet to achieve scalable, general-purpose molecular computation, there are areas of IT in which a molecular approach shows growing promise. In this talk, I will explain how molecules, specifically synthetic DNA, can store digital data by further building on tools already developed by the biotechnology industry. I will walk the audience over our pipeline and discuss some of our achievements early on.
Jean-François LUTZ Je décrirai dans cette intervention le domaine émergent des polymères numériques. Ces macromolécules sont des structures synthétiques qui, comme l’ADN, permettent de stocker des données à l’échelle moléculaire. Ces nouvelles macromolécules sont intéressantes car elles peuvent être façonnées à l’aide d’une grande variété de réactions chimiques et de composés. Ainsi leurs propriétés (par exemple la vitesse d’écriture et de lecture, la densité et la capacité de stockage, la stabilité au stockage) peuvent être facilement optimisées par un design moléculaire.
Steven BENNER Natural DNA suffers from chemical defects that defeat its performance as an information storage molecule. Further, because it has only four building blocks, its sequences have low information density, making readout impractical from complex mixtures. Indeed, nearly all proposals for using DNA as an information storage platform are naive with respect to chemical and biophysical realities. Synthetic biologists have, via organic synthesis, created unnatural nucleic acids that avoid these issues.
Sophie TUFFET Imagene a développé et industrialisé une technologie disruptive de conservation de l’ADN à température ambiante basée sur un confinement sous atmosphère inerte dans des minicapsules étanches. Ce stockage sécurisé et sans consommation d'énergie permet un archivage économique et pérenne d'énormes quantités de données digitales. Il serait ainsi possible de stocker toutes les données générées annuellement dans le monde dans environ 8 000 minicapsules, soit sous un volume équivalent à deux cartons à chaussures et les conserver pendant plus de 100 000 ans.
Émily LEPROUST Twist Bioscience exploite sa plateforme de synthèse d’ADN révolutionnaire pour stocker des données numériques dans l’ADN. Ce dernier offre plusieurs avantages par rapport aux méthodes de stockage actuelles : sa permanence (l’ADN est stable pendant des milliers d’années), sa densité (toutes les données numériques mondiales pourraient être stockées dans une seule boîte à chaussures d’ADN), ses faibles besoins énergétiques (les installations actuelles ont besoin d’une grande quantité d’énergie pour conserver les données) et son format universel (l’ADN est composé de quatre bases, qui ne changeront jamais). Dans cette vidéo, le Dr Emily Leproust, cofondatrice et CEO de Twist Bioscience, montre comment sa société écrit l’avenir du stockage de données.
Thomas YBERT La présentation se décompose en 3 parties : Présentation du problème initial : la génération de data explose alors que les systèmes de stockage traditionnels sont limités et ne permettront pas de répondre à nos besoins de manière durable. Le stockage de données en ADN peut être une solution au problème mais faut-il encore bien maitriser la synthèse de cet ADN : présentation du concept de stockage de données en ADN, présentation des challenges associés notamment de la synthèse d’ADN et enfin présentation d’une nouvelle technologie de synthèse de l’ADN basée sur la catalyse enzymatique. Exemple d’une initiative internationale visant à développer ce moyen de stockage de l’information : présentation du consortium DNA Script-Harvad-Broad Institute, des travaux réalisés et des résultats.
Dominique LAVENIER Les biotechnologies permettent aujourd’hui la synthèse et le séquençage à grande échelle de l’ADN. D’un point de vue traitement de l’information, on a donc l’équivalent des opérations d’écriture (synthèse) et de lecture (séquençage) sur un support qui offre une densité jusqu’à 1018 octets par mm3, soit environ 6 ordres de grandeur de plus que les technologies actuelles. L’ADN est aussi une molécule très stable dans le temps : lyophilisé et stocké à l'abri de la lumière et de l'humidité, la molécule conserve sa structure des centaines de milliers d'années. Le projet dnarXiv propose d’explorer comment bâtir un système d’archivage dont le support principal est l’ADN.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Interfaces cerveau-machine
Marco CONGEDO Une interface cerveau-ordinateur (ICO) est capable d'encoder une information physiologique du cerveau, telle que par l'électroencéphalogramme, et de la décoder sous forme d'une commande. Dans cette intervention nous discuterons du noyau d'une ICO, qui a l'apanage de cette opération. Loin d'être capable de « lire dans la pensée », nous verrons comment on instruit le noyau à exploiter certaines propriétés physiologiques du cerveau. Nous discuterons ensuite les limites actuelles de cette technologie, ses enjeux socio-économiques et l'intérêt qu'elle suscite dans les milieux trans-humanistes.
Anatole LÉCUYER Dans cet exposé nous reviendrons d'abord sur l'historique des recherches sur les interfaces cerveau-machine (ICM) en France. Nous évoquerons de grands succès français comme OpenViBE, un logiciel pour les ICM utilisé aujourd’hui partout dans le monde. Nous montrerons comment les interfaces neuronales et la réalité virtuelle/augmentée peuvent être associées pour concevoir des applications originales (domotique, divertissement, sport, santé). Nous présenterons enfin HEMISFER: un projet d’avenir pour traiter des pathologies comme la dépression ou les AVC, en repoussant les limites du neurofeedback.
Valérie EGO-STENGEL Nous avons mis au point une interface cerveau-machine bidirectionnelle, à la fois sensorielle et motrice, chez la souris, qui nous permet d'étudier le fonctionnement des réseaux corticaux. Grâce à ce développement technologique, nous avons montré que la représentation du corps que l'on trouve sur le cortex somatosensoriel joue un rôle dans l'apprentissage d'une nouvelle capacité sensorimotrice. Nos travaux proposent ainsi des principes fonctionnels à respecter en vue du développement d'interfaces cerveau-machine pour l'humain.
Jérémie MATTOUT Le monde des interfaces cerveau-machine se divise en deux catégories: les méthodes qui impliquent de « creuser », entendez les implants, et les approches non-invasives.
Sid KOUIDER La présentation donnera un aperçu des avancées en termes matérielles et algorithmiques permettant l’utilisation d’interfaces cerveau-machine basé sur le décodage de l’attention dans le cortex visuel. Nous verrons comment ces technologies peuvent être utilisées chez le grand publique pour le jeu vidéo et le divertissement.
Serge PICAUD Après une introduction de l’état de l’art sur la restauration visuelle, la présentation illustrera la stratégie utilisée pour valider la prothèse rétinienne PRIMA sur le primate non-humain avant le lancement des essais cliniques chez les patients aveugles atteints de dégénérescence maculaire liée à l’âge. Ensuite, la présentation introduira le concept de thérapie optogénétique et sa validation sur le primate non-humain qui a depuis permis le lancement des essais cliniques sur les patients aveugles atteints de rétinopathie pigmentaire.
Vance BERGERON La Stimulation électrique fonctionnelle (SEF) est une technique consistant à envoyer de faibles impulsions électriques dans les nerfs moteurs responsables des contractions musculaires, au travers d’électrodes placées à la surface de la peau. Elle permet de déclencher des contractions musculaires qui, lorsqu’elles sont séquencées de façon adéquate, donnent la possibilité de reproduire un mouvement fonctionnel comme la marche, le pédalage ou encore la préhension. Cette technique est particulièrement utile pour rendre leur mobilité aux membres parétiques des personnes paralysées, et leur permettre ainsi de gagner en autonomie tout en améliorant leur santé grâce à l’activité physique associée.
Jocelyne BLOCH Depuis plusieurs années, à travers un programme de recherche qui s’étend des aspects mécanistiques chez le rongeur, aux études cliniques, nous développons des nouvelles thérapies, neuroprosthétiques, pharmacologiques et cellulaires pour améliorer les fonctions neurologiques de patients présentant une lésion cérébrale ou de la moelle épinière.
Nathanaël JARRASSÉ Alors que le matériel prothétique s'améliore constamment avec des prothèses bioniques possédant toujours plus d'articulations motorisées, offrir aux personnes amputées un contrôle intuitif, simple et performant de ces dispositifs reste un challenge complexe et non résolu. Nous avons récemment développé une approche innovante qui propose, plutôt que d'utiliser une chirurgie de reroutage nerveux ou des apprentissages complexes, d'exploiter la réorganisation neuro-musculaire après amputation qui conduit chez une majorité de personnes à l'apparition d'un membre fantôme mobilisable. En décodant les mouvements du membre fantôme et en les reproduisant avec la prothèse en temps réel, nous proposons en quelque sorte de reconnecter ce "morceau artificiel de corps" qu'est la prothèse, au cerveau.
Laurent BOUGRAIN Ces dernières années, de nouvelles méthodes pour analyser des signaux électroencéphalographiques sont apparues dans le domaine des interfaces cerveau-ordinateur. Cette présentation abordera l'apport de ces méthodes d'apprentissage innovantes (apprentissage multilabels, apprentissage profond, apprentissage par transfert, apprentissage adaptatif...) disponibles pour traiter les problématiques rencontrées dans le domaine des interfaces cerveau-ordinateur (variabilités intra- et inter-individuelles, réduction du temps de calibration, augmentation du nombre de commandes, amélioration du taux de reconnaissance...). Plusieurs applications liées à la reconnaissance de l'activité électrique cérébrale motrice ; comme la surveillance de l'activité motrice sous anesthésie générale, le contrôle d'un bras robotique et l'amélioration de la rééducation de patients post-AVC à l'aide d'un dispositif haptique et tangible ; illustreront les bénéfices et les limites actuelles de ce domaine.
Camille JEUNET Les interfaces cerveau-ordinateur (ICO) sont prometteuses dans de nombreux domaines, notamment pour l’amélioration de performances motrices (p.ex., rééducation post-AVC, entraînement sportif). Néanmoins, afin de faire sortir ces technologies des laboratoires, de nombreux défis scientifiques restent à relever. Nous nous concentrerons ici sur ceux liés à l'apprentissage humain. Nous verrons en quoi comprendre les mécanismes sous-tendant l'apprentissage et l'acceptabilité des ICO est essentiel afin de concevoir des entrainements efficients, d’améliorer l'utilisabilité et de permettre la démocratisation de ces technologies. |
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