Imaginez si tous les neuroscientifiques du monde pouvaient soudainement parler le même langage et partager instantanément leurs découvertes. Les chercheurs et ingénieurs de l’Allen Institute ont désormais libéré ce potentiel et les vastes découvertes qu’il pourrait conduire grâce à la nouvelle Brain Knowledge Platform (BKP).
Cette base de données et outil de recherche, le premier en son genre, vient d'être lancé avec des données provenant de plus de 34 millions de cellules cérébrales. Il compile et standardise les données mondiales en neurosciences dans un format et un langage communs permettant une collaboration profonde et transparente entre des équipes internationales toutes unies dans l'objectif commun de trouver des remèdes aux maladies cérébrales.
L'Allen Institute s'est associé à des leaders technologiques tels qu'Amazon Web Services, qui a construit l'infrastructure informatique de base qui alimente Brain Knowledge Platform, et à Google pour développer des modèles d'IA pour les neurosciences. Cette collaboration et cette innovation ont créé un outil puissant conçu pour transformer la manière dont nous découvrons des traitements pour des maladies comme la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson.
« C'est particulier parce que le domaine a longtemps souffert de fragmentation : différents laboratoires travaillant sur différentes espèces, avec des modalités différentes, étiquetant différemment les types de cellules et avec des ensembles de données difficiles à aligner », a déclaré Shoaib Mufti, directeur principal des données et de la technologie à l'Institut Allen.
Je suis enthousiasmé par la façon dont la Brain Knowledge Platform réunira des ensembles de données massifs, multimodaux et à haute résolution – y compris la transcriptomique unicellulaire et spatiale – le tout dans un environnement ouvert et navigable.
Shoaib Mufti, directeur principal, données et technologie, Allen Institute
Le travail est également soutenu par l'initiative Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies® des National Institutes of Health, ou The BRAIN Initiative®, visant à accélérer le développement de neurotechnologies innovantes et à révolutionner notre compréhension du cerveau humain.
Sommaire
Résoudre le problème du langage en science du cerveau
Pendant des décennies, les chercheurs sur le cerveau ont été confrontés à un défi majeur en matière de communication : les laboratoires du monde entier se sont appuyés sur diverses méthodes et technologies pour étudier le cerveau et classer ses diverses populations cellulaires. Ces laboratoires ont adopté leur propre terminologie et leurs propres systèmes de classification pour leurs découvertes et leurs types de cellules, une diversité qui signifie que les neurosciences manquent d'un vocabulaire standardisé et complet pour décrire et comprendre le cerveau et son incroyable complexité. Ce manque d'alignement a ralenti le rythme des découvertes, car c'est comme si les équipes de recherche parlaient des langues différentes, ce qui entravait une collaboration fluide.
L'Institut Allen résout ce problème en créant un traducteur universel pour la science du cerveau. Cette nouvelle plateforme reprend toutes les différentes façons dont les scientifiques décrivent les cellules cérébrales et les organise en une carte géante consultable que tout le monde peut utiliser.
« La Brain Knowledge Platform est une ressource ouverte transformatrice, donnant aux neurosciences un langage commun pour les types de cellules cérébrales, un peu comme le projet du génome humain l'a fait pour les gènes », a déclaré Joseph R. Ecker, Ph.D., chercheur au Howard Hughes Medical Institute du Salk Institute for Biological Studies.
Comment l’intelligence artificielle a-t-elle été utilisée ?
Brain Knowledge Platform utilise l’intelligence artificielle (IA) pour aider les scientifiques à trouver des modèles et des connexions qu’ils pourraient manquer par eux-mêmes. Par exemple, un scientifique étudiant une cellule cérébrale qui semble importante dans la maladie de Parkinson peut effectuer une recherche sur la plateforme et voir instantanément comment cette même cellule se comporte dans des cerveaux sains, chez des patients atteints de la maladie d'Alzheimer et chez des personnes atteintes d'autres maladies. L’IA les aide à repérer les similitudes et les différences qui pourraient conduire à de nouveaux traitements.
La plateforme comprend également un catalogue d’outils génétiques permettant aux chercheurs de commencer immédiatement à approfondir les questions scientifiques qui surgissent. Si un chercheur découvre une cellule cérébrale intéressante, il peut immédiatement obtenir les outils dont il a besoin pour étudier cette cellule dans son propre laboratoire, passant de l'enquête à l'action en une seule étape, dans le but ultime de découvrir.
De la découverte au traitement
Ce qui rend Brain Knowledge Platform révolutionnaire, c’est la façon dont elle relie la recherche fondamentale sur le cerveau aux traitements médicaux réels. La plateforme comprend des données provenant de cerveaux sains et malades, afin que les chercheurs puissent voir ce qui ne va pas dans des maladies comme la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson. Ils peuvent identifier quelles cellules cérébrales sont affectées, puis tester des traitements potentiels sur ces cellules spécifiques.
L'assistant IA accélère la découverte et les informations en permettant à l'utilisateur de rechercher des molécules et des caractéristiques cellulaires via des requêtes en langage naturel, une recherche similaire par IA générative, rendant les ensembles de données massifs plus accessibles et plus faciles à naviguer.
Briser les silos de recherche
L’un des aspects les plus passionnants est la manière dont la plateforme révèle les liens entre différentes maladies cérébrales et comment elle peut accélérer la collaboration et les grandes découvertes scientifiques.
« Nous avons créé et partagé des cartes cérébrales de haute qualité depuis notre premier atlas du cerveau de souris en 2007 », déclare Hongkui Zeng, Ph.D., vice-président exécutif et directeur des sciences du cerveau à l'Institut Allen. « La Brain Knowledge Platform améliore ces cartes grâce à la nouvelle compréhension des types de cellules que nous avons développée avec d'autres dans le cadre de l'initiative BRAIN du NIH. Comme la topographie sur Google Maps, les informations sur les types de cellules ajoutent plusieurs nouvelles couches à nos cartes, aidant ainsi les scientifiques à concevoir de meilleures expériences et à glaner de nouvelles informations. »
La plateforme élimine les efforts inutiles en rendant toutes les recherches visibles et connectées. Au lieu de passer des mois à redécouvrir ce que d’autres ont déjà découvert, les chercheurs peuvent s’appuyer sur les travaux existants et se concentrer sur la prochaine avancée. Cela pourrait aider les scientifiques à comprendre le fonctionnement du cerveau en tant que système complet et à développer des traitements beaucoup plus efficaces contre les maladies cérébrales.
