BIO - SHS : Ellie, psychothérapeute virtuelle.

On connaissait "Eliza", thérapeute informatique rogérien, voici "Ellie", la nouvelle psy "Kinect".
Des chercheurs dirigés par Stefan Scherer, professeur à l'Institute for Creative Technologies (lien) de l’Université de Californie du sud, ont mis au point un psy virtuel capable de diagnostiquer les signes de la dépression. Le patient doit s'installer en face d'une Kinect, l’outil de jeu permettant la détection des mouvements, développé par Microsoft. Il entre en contact avec un avatar thérapeute virtuel et doit répondre aux questions posées à l’écran (voir la vidéo).
Le diagnostic repose sur un programme appelé SimSensei. Composé d’algorithmes, le programme analyse les expressions du visage, la voix du patient et sa posture. À l’écran, le psy virtuel pose des questions puis analyse les réponses physiques.
C'est grâce aux capteurs de la Kinect que le programme construit un modèle très détaillé du visage et du corps en prenant en compte la taille du sourire, l’ouverture des yeux… Des éléments déjà utilisés par certains pour conduis par exemple des voitures (voir le post dans ce blog). Ces éléments permettent de capter les signes émotionnels et en déduire l'existence d’une éventuelle dépression.
Le processus est entièrement automatisé et ne fait intervenir aucun thérapeute réel. Il s'agit d'une pseudo consultation, d'un pseudo entretien, et peu importe les contenus. L'important est ici de laisser croire que le dispositif est fonctionnel : il s'agit de passer le test de Turing.
Les tests sont donc effectués en toute intimité à la maison, ou comme c'est déjà envisagé, dans des centres de présélection de l'armée américaine ou dans les centres de soins pour vétérans des guerres du Golfe et d'Afghanistan.
Lors des essais, les chercheurs californiens ont testé 60 personnes, dont la moitié avait déjà souffert de dépression. Les conversations virtuelles ont permis de construire des profils que les chercheurs estiment fiables à 90%.
Les pistes de développement concernent bien entendu la dépression, mais également les autres troubles de l’humeur tels que ceux des bipolaires, des parkinson, des déments, etc. En combinant avec d’autres capteurs, il serait même possible pour un ordinateur de diagnostiquer, selon les chercheurs, toutes sortes de problèmes physiques et mentaux. Les travaux sont engagés dans ce sens, en essayant de différencier les supports techniques, par exemple en utilisant des smartphones ou des tablettes.

SHS - IA : Voiture émotionnelle.

L'École polytechnique fédérale de Lausanne s’est associée au constructeur automobile PSA Peugeot Citroën pour installer il y a quelques années une cellule de recherche avancée sur le site de l’EPFL. La mission est de créer des liens et des projets avec les chercheurs suisses, dirigés par le professeur Jean-Philippe Thiran, directeur du laboratoire des signaux de Lausanne.
L'équipe vient de mettre au point un système capable de ressentir les émotions d’une personne assise au volant. Une caméra infrarouge et une série de LED installées derrière celui-ci filment le conducteur. Les images sont ensuite traitées en temps réel via un algorithme informatique qui va vérifier certains points précis du visage et en déduire une émotion (autour des yeux, des sourcils, du nez et des lèvres). Pour le moment, les résultats sont parcellaires et seuls la colère et le dégoût sont détectables. Les chercheurs continuent néanmoins à travailler sur le projet afin de couvrir une large gamme d'émotions.
L’image et la vidéo sont en effet des outils très utiles dans l’analyse de l’état émotionnel des personnes. or, celui-ci est un lieu de préoccupation des constructeurs pour l'aide à la conduite, et l'étude de l’expression faciale est considérée comme la meilleure porte d'entrée non invasive actuelle.
Un système de classification des points caractéristiques du visage dont les positions relatives sont corrélés à es émotions permet de reconnaître l’expression manifestée à un moment donné par le conducteur. La méthode mise au point permettra à terme de détecter la colère ou le stress, la fatigue ou l'ennui et l'endormissement. La production de contremesures comme une musique apaisante, une modulation de l'éclairage du cockpit, ou au contraire des stimulations, voire l'arrêt du véhicule peut alors être envisagée. Les spécialistes considèrent qu'un système de ce type pourrait être opérationnel d’ici deux à trois ans.
C'est surtout dans la perspective de véhicules semi-autonomes que ces études sont intéressantes. Il sera dans ce cadre utile que la voiture ait une connaissance de l’état attentionnel, mais également émotionnel, du conducteur,afin de répartir correctement les tâches qui doivent être gérées automatiquement et celles qui peuvent être transférées au conducteur.
Reste à savoir si les conducteurs, qui ne l'oublions pas restent des clients, apprécieront de laisser à un dispositif automatique la capacité de prendre le pouvoir sur le comportement à partir d'indices intimes pour lesquels tout le monde n'est pas forcément prêt à (se) confier à une machine.

BIO -SHS -IA : Découverte du monde sonore par augmentation humaine.

Johanne Milne, une britannique de 40 ans, atteinte du syndrome d'Usher, vient de subir une opération au Midlands Implant Centre du Queen Elizabeth Hospital de Birmingham (ici), l'équipant d'implants cochléaires. Née sourde, elle est également malvoyante depuis une vingtaine d'années, et vivait dans un monde relativement coupé de l'environnement, ce qui est la caractéristique terrible de cette maladie.
Elle a été équipée d'implants électroniques (ref.) qui lui ont permis de récemment recouvrer l'ouïe. En fait, il ne s'agit pas d'une audition normale, mais l'implant étant inséré sous la peau à proximité de l'oreille, il stimule par des électrodes le nerf auditif. Le patient est alors obligé d'apprendre ou réapprendre à faire correspondre des stimulations particulières avec des réponses neuronales dans une nouvelle correspondance sensorielle apprise, à élaborer et à stabiliser.
Une vidéo de l'instant où la jeune femme entend pour la première fois a été postée sur YouTube (ici) ; on la voit entendre et découvrir la voix de son médecin.
Au delà de la découverte de son nouveau sens, Joanne Milne va donc devoir maintenant apprendre à reconnaître les sons et les caractéristiques sensibles du monde sonore : "The first day everybody sounded robotic and I have to learn to recognise what these sounds are as I build a sound library in my brain". L'étude de son comportement d'apprentissage et de l'acquisition de ses nouvelles performances sera probablement très instructive pour la compréhension du système auditif et de la cognition sonore. Notamment, il conviendra d'étudier les préférences, les aptitudes différentielles, notamment en rapidité d'apprentissage, et surtout si la personne supportera ces nouvelles informations et comment elle aura recours à l'interruption temporelle de ses prothèses fonctionnelles.

Deux remarques sont à développer ici, et ferons l'objet d'un séminaire de l'ENSC.
1/_ La première concerne le bonheur et l'augmentation. Après avoir vu la vidéo, nous touchons ici à la compréhension de l'ambition transhumants te positive : augmenter l'homme pour son bonheur. Si c'est air aussi simple! L'augmentation doit elle être récupératrice, clinique ou au contraire à méliorative des personnes saines ? Pourquoi ne pas mieux entendre si la technologie permet de dépasser la performance naturelle ? Et qui a-t-il droit de bénéficier d'une telle technologie ? Tous les malades, ceux qui en ont les moyens financiers ? Tous les hommes normaux ou seulement certains privilégiés ? Et lorsque ce type de technologie serait utile au travail, a-t-on le droit de la refuser sans être licencié, ou la technologie implantée va-t-elle imposer de nouvelle normes aux travailleurs ? À-t-on le droit d'imposer cette technologie, qu'elle soit durative ou d'obligation sociale, à des personnes vulnérables, enfant sourd, personnes âgées, prisonniers judiciaires ou simplement de la politique de l'emploi de patrons festives ? À-t-on le droit de refuser, y-a-t'il un droit à la surdité ? etc.
2/_  La seconde concerne la connaissance du Monde et l'existence des qualia (ref.). L'expérience de pensée des "couleurs de Marie" ("What Mary Didn't Know" de Frank Jackson - Journal of Philosophy 83, pp. 291-295, 1986 -  article posant la question de savoir ce qu'on apprend de plus de l'expérience par rapport à la connaissance symbolique), trouve ici un mode de réfutation inattendu. Manifestement, même si Joanne a connu beaucoup de choses de ce qu'on lui disait du monde auditif, elle semble avoir découvert quelque chose de nouveau dans la confrontation brutale à l'expérience sensible. Sont-ce les qualia, terme par lequel on désigne les propriétés subjectives, qualitatives, de l'expérience réelle ? Une pierre dans le jardin des idéologues du tout symbolique. La connaissance sensible est ici clairement démontrée par l'expérience vivante, renvoyant au placard des fantasmes technologiques le projet du Google brain et autres projets de cerveaux artificiels : un cerveau sans le corps, ce n'est rien, et un corps sans expérience sensible et apprentissage corporel, ce n'est certainement qu'un morceau de viande ... ou de ferraille, pour les techno-convaincus de la pensée artificielle.

IA - BIO : Fini les problèmes de mémoire. Vive l'ADN de synthèse !

Des chercheurs européens ont récemment montré l'extraordinaire capacité de stockage de l'ADN synthétique. On peut, grâce à lui, stocker toutes informations codables par la combinaison de 4 informations de base (base 4), que ce soit des textes, des images, des sons ou des combinaisons de ces dimensions. 

Rappelons que l’acide désoxyribonucléique (ADN) est le support génétique de toutes les cellules vivantes. Il est constitué de quatre nucléotides (Adénine, Guanine, Thymine, Cytosine, respectivement désignés par leurs initiales A, T, C, G) qui s’organisent en succession sur deux brins en hélice pour stocker les informations génétiques de chaque être vivant, de la bactérie aux plantes les plus sophistiquées, en passant par les champignons, les algues, les animaux et ... les hommes.

L’ADN, support de l’information génétique, comporte des milliers de gènes sous la forme de succession des quatre nucléotides. Le code génétique permet d’associer chaque triplet de bases à un acide aminé particulier. Chaque région de l'ADN qui produit une molécule d'ARN fonctionnelle est un gène. Un gène est donc une unité d'hérédité contrôlant un caractère particulier. Cet élément génétique correspondant à un segment d'ADN (ou d'ARN dans le cas d'un virus), situé à un endroit précis (locus) sur un chromosome. Un chromosome est une structure constituée d'ADN replié sur lui-même. Chaque chromosome des 23 paires que l'on trouve dans chaque cellule du corps a une forme différente. 22 paires sont communes aux deux sexes, les deux chromosomes restants sont les chromosomes sexuels qui, chez la femme forment une paire (chromosomes X) et chez l'homme sont différents, l'un étant un chromosome X et l'autre, beaucoup plus court un chromosome Y. Ces chromosomes sont inclus dans le noyau de la cellule qui qui renferme tout le patrimoine héréditaire de l'individu. Le nombre de gène codant (qui servent à quelque chose) pour la synthèse des protéines est estimé à 40.000 chez l'homme, mais il existe aussi de nombreux morceaux d’ADN codant pour des ARN, pour des séquences régulatrices de l’expression des gènes, etc.

Métaphoriquement, on peut dire que le patrimoine génétique est à une bibliothèque ce qu'un chromosome est à un livre, alors que le gène correspond à une page d'un des livres de la bibliothèque.

La structure originale de l'ADN en double hélice lui permet de se dupliquer en deux molécules identiques entre elles et identiques à la molécule mère lors du phénomène de réplication qui a lieu avant la division cellulaire. L’information génétique n’est ainsi jamais perdue, et peut se transmettre aux nouvelles générations via les cellules germinales. Le séquençage de l'ADN correspond à la détermination de la succession des nucléotides A, T, C et G (A-T, T-A, C-G ou G-C) qui le composent. C'est aujourd'hui une technique de routine pour des laboratoires qui utilise les connaissances qui ont été acquises depuis une trentaine d'années sur les mécanismes de la réplication de l'ADN pour en dresser la carte unique de chaque individu. Certains scientifiques produisent aujourd'hui de l'ADN de synthèse qui peut se substituer de manière fonctionnelle à celui d'organismes vivants (voir dans ce blog). Mais au delà du vivant, on peut utiliser l'ADN comme moyen technologique de stockage informatique.

Ainsi, une équipe de chercheurs, coordonnée par le biologiste George Church de l'Université de Harvard, a publié en 2013 dans Science qu'elle avait réussi à coder 5,27 mégabits de données dans un milliardième de gramme d'ADN synthétique (Ref.: Church GM, Elowitz M, Smolke CD, Voigt CA, Weiss R. Realizing the potential of synthetic biology. Nature Reviews of Molec. Cell Bio. 2014). Une autre équipe coordonnée par Nick Goldman et Ewan Birney de l'Institut européen de bio-informatique (EMBL-EBI) de l'Université de Cambridge a publié dans Nature une nouvelle méthode pour stocker des données sous forme d'ADN synthétique à partir du système binaire informatique (suite de 0 et de 1) transcrivant le système trinaire (0, 1, 2), puis en code ADN qui peut être synthétisé en laboratoire. 

Selon la société Agilent technologies qui a synthétisé l'ADN, il a été possible de coder, avec cette méthode de transcription un ensemble de fichiers dont un enregistrement MP3 du célèbre discours de Martin Luther King "J'ai fait un rêve", un fichier texte des Sonnets de Shakespeare et même un PDF de l'article de Watson et Crick sur la structure en double-hélice de l’ADN, pour la taille d'un grain de poussière. Le message a pu être envoyé et facilement décodé avec une précision totale (100%) par d'autres chercheurs de l'EBI sur des séquenceurs ADN standard. 

Le principal avantage de l'ADN synthétique est qu'il est manométrique, dense, et d'une conservation sans énergie. Le prix pourrait être rapidement divisé selon la courbe actuelle du progrès du séquençage et lui permettre de devenir un outil trivial à moyen terme.

Référence : http://www.maxisciences.com/adn/l-039-adn-synthetique-le-support-de-stockage-du-futur_art28403.html

IA - BIO : Vers une rétine hybride.

Une équipe de chercheurs, dirigée par Yael Haenin, professeur à l'Université de Tel-Aviv, travaillent sur la réalisation d'un oeil hybride grâce aux nanotubes de carbone dont il a été question récemment (lien).

L'équipe est engagée dans la recherche sur une maladie dégénérative, la DMLA (dégénérescence maculaire liée à l'âge). La DMLA est la première cause de cécité après 50 ans dans les pays développés. Cette maladie invalidante ne se guérit pas et peut simplement faire l'objet de soins palliatifs particulièrement lourds et coûteux.

L'équipe s'est intéressée aux propriétés des nanotubes de carbone. Elle a conçu une interface polymérique optoélectronique (constituée de polymères photosensibles) qui remplace les photorécepteurs naturels défaillants. Elle envoie des signaux visuels à une rétine synthétique constituée de nanotubes de carbone. Cette rétine hybride transmet les signaux des yeux au cerveau à l'aide de nanocristaux, les informations visuelles pouvant alors être à nouveau transmises et interprétées par le cerveau. Cette superstructure est alimenté par une NanoRectenna qui convertit la lumière en électricité.

Les recherches menées par l'équipe de Yael Haenin s'inscrivent dans la lignée des travaux entrepris pour le traitement substitutif de la surdité par les implants cochléaires. Ces implants parviennent en effet à utiliser la capacité d'adaptation du cerveau, qui est capable, après apprentissage, d'interpréter des signaux électriques artificiels reçus par le biais du nerf auditif. Il en sera de même de la rétine hybride qui permettra ainsi de disposer à nouveaux d'une représentation visuelle du monde pour les personnes atteintes de DMLA.

Lien vers l'info (ici).

IA : Branchez vos smartphones pour la science.

La plus grande puissance de calcul du monde dort dans votre poche. Tel est le constat que les ingénieurs de Samsung ont fait, et en coopération avec l’Université de Vienne, ils ont proposé d'y remédier. Le but : mobiliser la puissance de calcul des smartphones pour faire avancer la science.
Une nouvelle application, baptisée Power Sleep, permet d'utiliser la puissance des processeurs des appareils mobiles pendant le sommeil de leurs propriétaires, dans le but de participer au décryptage de séquences de protéines pour la recherche contre le cancer et la maladie d'Alzheimer.
PowerSleep utilise l’infrastructure BOINC développée par l'Université de Berkeley (Californie-USA).
L'application peut se télécharger comme n'importe quelle application (ici) pour smartphone ou tablette sous Androïd, et rend possible le calcul distribué, c’est-à-dire réparti entre plusieurs micro-processeurs. Elle tourne uniquement pendant la plage horaire de fonctionnement de ce calcul partagé déterminée par l'utilisateur (habituellement la nuit), après avoir téléchargé des données en Wi-Fi, puis en procédant aux calculs et en renvoyant les résultats par Wifi en fin de session.
Lien (ici).

DIV : Logiciels d'analyse ergonomique

Sami Lini (société Akiani) informe les élèves de l'ENSC que Siemens Softwares rend gratuite aux étudiants sa solution de modélisation humaine à des fins d'analyse ergonomique, Tecnomatix Jack.
Lien ici : (lien).

Le logiciel de maquettage/prototypage d'IHM Axure est également disponible avec des licences pour les étudiants dans les cursus proches des problématiques métiers du logiciel (webdesign, ergonomie...).
Lien ici : (lien).

BIO - SHS : le nocebo, face contraire du placebo.

Le terme de placebo (du latin : je plairai) a été introduit dans le langage médical en 1955 par Henry Beecher. Il a révolutionné la conception de l'action psychologique bénéfique des traitements médicamenteux en prenant en compte la dimension subjective de l'action pharmacologique des substances et de leur mode de prescription. Le terme nocebo (du latin : je nuirai) a lui été proposé sur le même mode en 1961 par Walter Kennedy, en évoquant les dimensions nocives que peut prendre une substance, sans raisons objectives, y compris une substance totalement neutre.

Selon Patrick Lemaire, "il s’agit d’un placebo à l'envers". Le nocebo peut provoquer des effets secondaires tels que des vertiges ou des maux de tête, des diarrhées, des allergies, des douleurs articulaires, menstruelles, etc. On peut même observer des effets d'intoxication et même des effets d'accoutumance avec des personnes devenant dépendantes d'un produit totalement neutre.

L’effet nocebo consiste en un effet négatif qui va réduire, modifier ou même annuler les effets pharmacologiques d’une substance. Comme pour l’effet placebo, il n’est pas lié au médicament mais à l’attente du patient et même de celle du médecin vis-à-vis du traitement prescrit.

Au delà de l'effet patient, et de même que l’effet placebo est influencé par une relation thérapeutique positive, on peut supposer que l’effet nocebo est lié à une relation négative entre médecin et patient, entre médicament et patient ou même entre médicament et médecin, avec l'instauration d'un doute ou d'une croyance partagée quant à l’efficacité relative du traitement ou à ses effets secondaires.

Des expérimentations ont montrée que faire tester un produit neutre, sans préciser de quoi il s’agit,ni quels effets il peut produire, entrainerait des symptômes dans plus de 80 % des cas, et cela d'autant plus que le niveau d'anxiété du patient est important ou qu'un discours négatif est porté sur le produit.

On a pu montrer que ces variables influencent le taux de cholécystokinine, hormone impliquée dans la perception de la douleur, et qu'un traitement pour la prostate provoque l’impuissance chez ⅓ des hommes alors que dans 10 % des cas si l'on informe pas le patient de ces risques potentiels.

Chez des parkinsoniens implantés dont les tremblements cessent par stimulation d'une électrode, d’électrodes dans le cerveau, des troubles moteurs réapparaissent quand on leur dit que l'électrode ne fonctionne plus alors quelle est toujours en service. 

Si l'effet nocebo est maintenant connu, il reste peu étudié et jouit encore d'une réputation de simple hypothèse, et rencontre les contraintes éthiques qui interdisent ou restreignent les possibilités de le tester.

On sait aujourd'hui que l’effet placebo favorise la sécrétion de substances thérapeutiques, anti-inflammatoires, antinicotiniques, antidépresseurs, antibiotiques, ou même des amphétamines en endorphines. On peut donc supposer qu'en effet contraire, le nocébo entraine la sécrétions de substances liés au stress impliquées dans les régulations noradrénergique ou du cortisol, avec le cortèges des signes « nocebologiques » associés tels que tachycardie, hypertension, troubles du sommeil, etc.

Beecher, H.K. (1955). The powerful placebo. Journal of American Medicine Association, 159, 1602-6.

Keller, P. (2008). "La question psychosomatique". Paris : Dunod

Kennedy, W.P. (1961). The nocebo reaction. International Journal of Experimental Medicine, 95, 203-5.

Lemoine, P. (1996). "Mystère du placebo". Paris : Odile Jacob.

Lemoine, P. (2010). "Effet nocebo, comment les médias jouent avec notre santé". Paris : Stock.

BIO, IA : Convergence NBIC - après l'homme augmenté, voici la plante augmentée.

Une publication dans la revue Nature ouvre la perspective des plantes hybrides augmentées.

Les nanotubes de carbone appartiennent à la famille des fullerènes. Cette molécule composée exclusivement de carbone, est très résistante et dure. Ces nanocomposants, jusqu’à 100 000 fois plus minces qu’un cheveu, permettent en outre une excellente conductivité électrique et une conductivité thermique très efficace. 

leurs propriétés confèrent donc une utilité à la fois structurelle (solidité, taille, résistance ...) et fonctionnelle (conduction, température ...).

On sait que les nanotubes de carbone sont de très bons fertilisants pour faire pousser les plantes. Les mécanismes étaient jusqu'ici mal expliqués et restent l'objet de recherches afin de déterminer des modes d"absorption.

Des scientifiques ont poussé l'expérience plus loin en se libérant de la question, en essayant de produire directement une hybridation entre un type de cresson habituellement utilisé dans la recherche de physiologie végétale, arabidopsis thaliana, et des nanotubes de carbone à paroi simple (SWNT). Une équipe composée des chercheurs du Dpt. of Chemical Engineering du MIT (Cambridge-Massachusetts), du Dpt. of Chemical Engineering du California Institute of Technology (Pasadena-)aliforme), et du Dpt. of Biochemistry de la Dumlupinar University (Kutahya-Turquie) a réussi à transformer une plante en un hybride augmenté. 

Ils ont ainsi réussi à insérer des nanotubes de carbone dans l'enveloppe lipidique des chloroplastes, c'est-à-dire les cellules chargées de transformer la lumière et le dioxyde de carbone en énergie et en sucre. Les nanotubes de carbone ont été recouverts d’ADN, puis glissés dans les membranes des chloroplastes de la plante. Pour quantifier le mécanisme, les chercheurs ont utilisé un colorant qui change de couleur lorsqu’il absorbe des électrons. Les particules chargées étant produites pendant la photosynthèse, plus la photosynthèse est importante, plus le changement de couleur est donc visible. L'équipe a montré que l'hybridité permet de tripler la production d’énergie par la plante. Les SWNT sont particulièrement sensibles aux gammes proches de l'infrarouge. 

L'application pourrait permettre de cultiver des plantes dans des espaces peu ou mal éclairés, sous des latitudes peu propices ou sous des abris, mais également de promouvoir des matériaux biomimétiques pour la détection de la lumière et/ou la chaleur. 

Les résultats montrent également que les nanotubes de carbone sont capables de détecter le monoxyde d’azote dans l’environnement. Cette propriété est également très importante puisqu'elle permet d'envisager l'utilisation de telles plantes hybrides pour réduire le dioxyde de carbone de l’atmosphère et ainsi promouvoir des environnements assainis. 

Cette avancée majeure, qui est passée inaperçue du monde des technologistes, a été publiée dans "Nature materials" le 16 mars 2014 (lien). 

 Ref : J.P.Giraldo et al. (2014). Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing. Nature Materials 13, 400–408.