En mai dernier, une équipe de sept chercheurs de l’unité de recherche « Système et modélisation » de la faculté des sciences appliquées de l’Université de Liège a remporté le concours « Neural Connectomics Challenge : From Imaging to Connectivity ». Le but de ce prestigieux challenge est de prédire le plan des connexions entre neurones dans le cerveau. L’équipe vient de présenter sa méthodologie et ses résultats lors d’un workshop au mois de septembre. Rencontre avec trois des lauréats - Damien Ernst, Pierre Geurts et Antonio Sutera - qui ont découvert ce qu’était un connectome au moment de s’inscrire à ce concours !

Comment l’aventure du concours « Connectomics Challenge » a-t-elle démarré ?

Pierre: C’est Antonio qui a découvert ce concours sur un site internet qui propose des compétitions d’analyse de données (www.kaggle.com). Il nous a parlé du Connectomics Challenge et nous lui avons donné le feu vert pour nous inscrire. Certains de nos sujets de recherche s’approchaient de la problématique abordée par ce concours. Par exemple, notre équipe étudie les réseaux de gènes et la plupart des approches que nous avons développées peuvent s’appliquer à d’autres types de réseaux, peu importe leur nature.

Damien : L’équipe qui y a participé est composée de cinq ingénieurs chercheurs de l’Institut Montefiore de l’Université de Liège, département d’électricité, d’électronique et d’informatique de la faculté des Sciences  appliquées. C’est une vraie bande de copains dont une partie est spécialisée en développement du réseau électrique futur (smart grids) tandis que l’autre analyse et développe des algorithmes d’apprentissage automatique.

Antonio : Arnaud, Vincent, Zixiao, Gilles et moi partageons le même bureau et cela nous a permis de confronter nos idées et de stimuler notre créativité.

On a déjà entendu parler de génome ou encore de protéome mais qu’est-ce qu’un connectome ?

Damien : C’est vrai qu’avant de nous intéresser à ce concours, nous n’avions nous-même jamais entendu parler de connectome !

Antonio : C’est la représentation de la structure des connexions, anatomiques et fonctionnelles, entre les neurones qui composent le cerveau.

Pierre : La structure de base est très proche d’un individu à l’autre mais nous avons chacun un connectome propre. Dans le cadre du Connectomics Challenge, nous devions travailler sur un sous-ensemble de 1000 neurones.

Quelles ont été les différentes étapes du concours ?

Pierre : Le but du jeu était de trouver, à partir de données qui simulent artificiellement l’activité du cerveau, comment associer les neurones par paires et les relier dans le réseau. Nous pensions pouvoir nous baser sur une méthode que nous avions mise au point pour étudier les réseaux de gènes mais cela n’a pas fonctionné. Nous avons donc développé une nouvelle approche.

Antonio : Il y a un signal électrique pour chaque neurone et nous avons mesuré la corrélation entre les signaux pour toutes les paires de neurones.  Mais là où il fallait être attentif, c’est que deux neurones peuvent avoir un signal similaire sans pour autant être connectés l’un à l’autre. Nous avons donc développé une approche qui permet de tenir compte de l’état de tous les autres neurones.

Damien : Nous avons reçu les données en mars. C’était très stimulant car nous pouvions suivre en ligne l’évolution des 143 autres équipes d’universités prestigieuses. Nous avons fourni nos résultats en mai et avons été proclamés vainqueurs à l’échéance du concours. Nous avons présenté notre méthodologie et nos résultats lors d’un workshop au mois de septembre (1).

(1)Antonio Sutera, Arnaud Joly, Vincent François-Lavet, Gilles Louppe, Damien Ernst and Pierre Geurts. Simple connectome inference from partial correlation statistics in calcium imaging. JMLR: Workshop and Conference Proceedings (2014)1–11.  Neural Connectomics Workshop.